CN110815171B - 为穿戴者的手臂提供辅助扭矩的外骨骼和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及为穿戴者的手臂提供辅助扭矩的外骨骼和方法。一种外骨骼包括第一连杆和第二连杆，该第一连杆绕第一竖直轴线在横向平面中枢转，该第二连杆绕第二竖直轴线在横向平面中枢转。第二连杆耦接到第一连杆。臂支撑组件耦接到第二连杆并绕水平轴线枢转。该臂支撑组件包括弹簧，其产生抵消重力的辅助扭矩。该臂支撑组件为穿戴者的手臂提供辅助扭矩以支撑该穿戴者的手臂。该臂支撑组件还包括凸轮轮廓和凸轮从动件。该弹簧、凸轮从动件和凸轮轮廓之间的接触确定由该臂支撑组件提供的辅助力的量。套箍耦接到该臂支撑组件和穿戴者的手臂。

Description

为穿戴者的手臂提供辅助扭矩的外骨骼和方法

相关申请的交叉引用

本申请是2016年12月20日提交并且题为“Exoskeleton and Method ofProviding an Assistive Torque to an Arm of a Wearer”的美国专利申请号15/385,336的部分继续申请，该美国专利申请要求2015年12月22日提交并且题为“HumanExoskeleton Vest”的美国临时专利申请号62/270,996的权益。这些申请的全部内容通过引用结合于本文中。

技术领域

本发明涉及当与在静态位置伸展开的手臂一起工作时补充穿戴者的弱点或增强穿戴者的能力、耐力和力量的设备。该设备还为在执行工作期间进行重复的手臂和肩部运动的穿戴者提供相同的功用。该设备在执行某些、通常是重复的任务期间提高表现并有助于防止受伤。更具体而言，本发明涉及具有臂支撑件的可穿戴设备，该臂支撑件适合于如下人员使用，即：所述人员从事流水线工作或者需要人员使用他或她的手臂来保持工具并长时间执行手工作业的其他活动。这样的工作可能涉及人员用他或她的手臂在增加人的疲劳的位置处和角度下或者在手臂太弱而无法支撑工具的重量的角度下保持工具。此外，这样的工作也可能需要人员使用工具并将他或她的手臂长时间保持在视线水平或以上。该设备增强躯干和手臂功能，包括但不限于穿戴者手臂的更大力量和耐性，从而允许更长时间的持续工作活动和改善的姿势。此外，本发明的设备还可用于医疗康复中，例如，用于患有中风或创伤性脑损伤（TBI）的患者。

背景技术

可穿戴外骨骼已被设计用于医疗、商业和军事应用。医疗外骨骼通常旨在帮助恢复患者的活动能力。商业和军事外骨骼通常用于减少工人或士兵在剧烈活动期间所支撑的负荷，从而在从事剧烈活动时防止受伤并且增强这些工人或士兵的耐力、舒适性和/或力量。

职业医学中记录了由于进行需要人的手臂达到或保持静态姿势的工作而造成的人身体上的疲劳和压力。保持静态姿势会在身体上施加非常高的静负荷，从而导致快速疲劳。静态姿势增加了进行任务所需的肌肉力量（muscular effort），并且缺乏运动阻碍血液流动。类似地，过度使用上身中的肌肉和肌腱，包括但不限于手、手臂、肩部、背部和颈部，可导致疲劳和重复性劳损（RSI）。RSI影响肌肉骨骼和神经系统。因此，本领域中需要一种外骨骼设备，其能够减少或防止这样的活动造成的疲劳和压力，从而增强穿戴者的表现并防止受伤。特别地，需要一种外骨骼，其通过直接支撑穿戴者的一个或多个手臂以及穿戴者所保持的各种工具的重量来帮助穿戴者，从而在任务执行期间增加穿戴者的力量和耐力。还需要使穿戴者能够以没有外骨骼将是不可能的方式和持续时间来使用工具。

随着外骨骼设备变得更加普遍，还需要一种外骨骼设备，其允许穿戴者在外骨骼不会由于施加于穿戴者的手臂的力而引起不适的情况下使用该外骨骼设备。将任何大小的力传递给穿戴者的身体都应小心地进行。这可以通过提供安全限制利用软件在电动外骨骼系统中实现。然而，对于纯机械系统，这必须通过其他方式实现。对于本领域技术人员而言已知的一种方法是简单地增加施加力的表面区域和/或重度垫衬施力表面。然而，这些解决方案可能是有问题的，因为它们阻止热从身体消散并且可能阻碍运动的范围。散热不良的问题对于从事长时间工作活动的穿戴者来说是一个特别的问题，所述长时间工作活动是辅助外骨骼的主要应用领域。在一些情况下，外骨骼穿戴者可能经历长期暴露于施加的力，例如在高空工作期间。功能范围阻碍的问题是从事动态活动的工人遇到的另一个问题，这是因为如果受阻，他们可执行补偿运动以实现期望的任务，从而将劳损转移到身体的新的部位。于是还需要一种外骨骼设备，以允许充足的血液流动到四肢，特别是穿戴者的手臂和手。与用例无关，长期暴露于任何大小的力都可导致穿戴者的不适，从而证明还需要允许使用者舒适地穿戴该设备。

发明内容

本发明的外骨骼用于改善穿戴者的耐力，这是借助通过外骨骼结构来传递穿戴者的手臂以及工具或负荷的重量，从而减小穿戴者所承受的重量。更具体而言，外骨骼背心提供臂支撑件，其支撑穿戴者的物理手臂的重量以及工具的重量二者，从而减少使用者的疲劳并提供工具保持辅助。重量从穿戴者的手和手臂通过臂支撑件和背心脊部传递到腰带（hip belt）。穿戴者引导臂支撑件的竖直运动，以移动臂支撑件和任何保持的工具，其中外骨骼通过支撑穿戴者的手臂和工具的重量来帮助穿戴者。当穿戴者在视线水平或以上执行工作和/或长时间执行重复任务时，这种支撑是特别有益的。外骨骼背心结构的设计，并且特别是臂支撑件的结构的设计，在工作场所应用中外骨骼对穿戴者的有用性方面起到重要作用。

外骨骼背心支撑和/或增强穿戴者手臂的力量，从而允许穿戴者更容易地操纵和使用他或她的手臂来执行多种重复性工作任务中的任何任务，而没有在没有外骨骼背心的支撑结构的情况下将存在的劳损和疲劳。外骨骼背心的臂支撑件跟随穿戴者的手臂并提供辅助扭矩，该辅助扭矩近似平衡穿戴者手臂和穿戴者所保持的任何工具的重量。根据本发明的一个方面，当穿戴者的手臂下降到行程的末端时，该辅助扭矩变为零，从而使穿戴者能够将设备置于非辅助模式，使得他或她可以从臂支撑件移开他或她的手臂，而没有设备反冲或其他移动。在另一方面，外骨骼背心可针对身体尺寸和个人人体工程学考虑进行调整。这种可调整性意味着该设备的单一尺寸适合大多数人。在替代实施例中，臂支撑件不是作为外骨骼背心的一部分提供，而是附接到例如椅子或桌子之类的物理对象。在这种类型的布置结构中，臂支撑件仍然支撑人的手臂并且提供它们为外骨骼背心的穿戴者提供的相应功效。

特别地，本发明涉及一种外骨骼，其包括第一连杆和第二连杆，该第一连杆构造成绕第一竖直轴线在横向平面中枢转，该第二连杆构造成绕第二竖直轴线在横向平面中枢转。第二连杆耦接到第一连杆。臂支撑组件被耦接到第二连杆，并且被构造成绕水平轴线枢转。该臂支撑组件包括弹簧，其构造成产生抵消重力的辅助扭矩。该臂支撑组件被构造成为穿戴者的手臂提供该辅助扭矩，以支撑穿戴者的手臂。该臂支撑组件还包括凸轮轮廓和凸轮从动件。该臂支撑组件被构造成使得该弹簧、凸轮从动件和凸轮轮廓之间的接触确定由该臂支撑组件提供的辅助力的量。套箍被耦接到臂支撑组件，并且构造成耦接到穿戴者的手臂。具体而言，该套箍被构造成在手臂的肘部和肩部之间耦接到穿戴者的手臂。

在一个实施例中，所述凸轮轮廓被构造成使得由所述臂支撑组件提供的辅助力根据所述臂支撑组件相对于所述水平轴线的枢转位置而变化。优选地，所述弹簧是气弹簧。

在另一个实施例中，外骨骼还包括躯干支撑件和脊柱，该躯干支撑件构造成耦接到穿戴者的躯干，该脊柱构造成将穿戴者的手臂的重量传递到该躯干支撑件。第一连杆和第二连杆将所述臂支撑组件连接到所述脊柱，从而允许所述臂支撑组件相对于所述脊柱移动。所述臂支撑组件被构造成绕水平轴线在矢状平面、冠状平面或所述矢状平面和所述冠状平面中间的平面中枢转。

在再一个实施例中，所述外骨骼还包括安装杆、第三连杆和制动轨。该安装杆直接耦接到所述脊柱。第一连杆包括直接耦接到该安装杆的第一端和直接耦接到第二连杆的第一端的第二端。第二连杆包括直接耦接到第三连杆的第一端的第二端，并且第三连杆包括直接耦接到所述臂支撑组件的第二端。所述制动轨直接耦接到所述臂支撑组件和套箍。所述安装杆被构造成允许第一连杆相对于脊柱定位在多个不同的位置处，从而使所述外骨骼能够被调整以适合不同的穿戴者。所述制动轨被构造成允许所述套箍相对于所述臂支撑组件定位在多个不同的位置处，从而进一步使所述外骨骼能够被调整以适合不同的穿戴者。第三连杆被构造成绕第三竖直轴线在横向平面中枢转，从而进一步允许所述臂支撑组件相对于所述脊柱移动。第一连杆绕第一竖直轴线相对于安装杆枢转。第一连杆和第二连杆绕第二竖直轴线相对于彼此枢转。第二连杆和第三连杆绕第三竖直轴线相对于彼此枢转。第三连杆和所述臂支撑组件绕水平轴线相对于彼此枢转。

在又一个实施例中，所述外骨骼包括安装杆。所述臂支撑组件、第一连杆、第二连杆和套箍形成支撑臂的至少一部分。所述安装杆将该支撑臂连接到所述脊柱。所述安装杆被构造成允许该支撑臂相对于所述脊柱定位在多个不同的位置处，从而使所述外骨骼能够被调整以适合不同的穿戴者。所述外骨骼还包括制动轨。该制动轨将所述套箍连接到所述臂支撑组件。所述制动轨被构造成允许所述套箍相对于所述臂支撑组件定位在多个不同的位置处，从而进一步使所述外骨骼能够被调整以适合不同的穿戴者。

在优选实施例中，所述臂支撑组件、第一连杆、第二连杆和套箍形成支撑臂的至少一部分。当连接到所述脊柱时，该支撑臂不会越过穿戴者的肩部的顶部。而且，所述外骨骼不包括构造成控制由所述臂支撑组件提供的辅助力的量的电子控制系统。所述外骨骼不包括构造成感测所述臂支撑组件相对于水平轴线的枢转位置的传感器。所述外骨骼不包括构造成产生所述辅助扭矩的动力电动、液压或气动致动器。此外，相对于所述脊柱，所述第一连杆和所述第二连杆仅在所述横向平面中移动。

在另一个实施例中，所述套箍的刚性架是带衬垫的，从而允许所述套箍更好地适合穿戴者的手臂的形状，并减少施加于穿戴者的手臂的感觉到的力，从而提高舒适度。

在另一个实施例中，所述套箍的刚性架具有与轮廓相符（contoured）的边缘，从而允许穿戴者更舒适。

在另一个实施例中，所述套箍的刚性架是长形的，从而允许施加于穿戴者的手臂的力分布在更大的表面上。

在另一个实施例中，所述套箍的刚性部件被倒置成处于穿戴者的手臂上方而不是下方，从而允许向上的力通过捆扎带施加于手臂，从而允许在手臂位置的一定范围上更好地贴合穿戴者的手臂和/或更均匀地对穿戴者的手臂施加力。

在另一个实施例中，捆扎带跨越下部刚性套箍的近侧部分和远侧部分，从而允许向上的力通过捆扎带施加于手臂，从而允许在手臂位置的一定范围上更好地贴合穿戴者的手臂和/或更均匀地对穿戴者的手臂施加力，以及使所述套箍更透气并且更凉爽以供穿戴者在炎热环境中使用。

在另一个实施例中，所述套箍的刚性架状部件减小，并且织物和衬垫套箍包围手臂并对手臂施加力，其中所述套箍的刚性架部件包括插入到织物和衬垫套箍的外臂部分中的模制部分，以及与套箍安装件的附接点。这允许穿戴者在穿戴者的手臂的内部部段上没有硬边缘。

在优选实施例中，所述套箍被构造成使得没有对手臂施加力的刚性架，并且长形的部分半刚性的套箍周向地包围穿戴者的手臂，其中半刚性区域允许在手臂的轮廓周围施加分配的压力，而更加柔性的区域使压力在更大的区域上远离穿戴者的手臂逐渐变小。当绑带时，这形成压力在整个手臂周围的周向分布，其中这种软的织物套箍直接附接到套箍支撑件和套箍安装件。

当结合附图时，通过下面对本发明的详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加显而易见，附图中，相同的附图标记表示若干视图中的相应部分。

附图说明

图1A是根据本发明的外骨骼的前视图；

图1B是该外骨骼的后视图；

图2是外骨骼的安装杆和臂支撑件的透视图；

图3是示出了旋转轴线的安装杆和臂支撑件中的一个的透视图；

图4A是外骨骼的臂支撑组件的一部分的透视图；

图4B是图4A中所示的臂支撑组件的部分的剖视图；

图5是外骨骼的制动轨（detent rail）和臂套箍（cuff）的透视剖视图；

图6A是外骨骼和穿戴者的透视图；

图6B是外骨骼和穿戴者的另一透视图；

图7是示出保持质量体的手臂的表示的简化图，其中该质量体在肩部上施加扭矩，并且相对力施加在上臂或下臂处以抵消作用在该质量体上的重力所产生的扭矩；

图8是具有衬垫的外骨骼的臂套箍的另一实施例的透视剖视图；

图9是示出保持质量体的手臂的表示的简化图，其中上臂套箍具有圆形边缘并且抵消该质量体施加在肩部上的扭矩，并且相对力施加在上臂或下臂处以抵消该肩部扭矩；

图10是示出了架型刚性套箍的轴向视图的简化图，类似于图5中所示的臂套箍，该架型刚性套箍直接从下方支撑手臂；

图11是示出通过使用悬挂在刚性吊架下方的柔性捆扎带来间接支撑手臂的过臂式吊架套箍的轴向视图的简化图；

图12是示出通过使用跨越刚性套箍的柔性带状织物来间接支撑手臂的下臂式吊床套箍的轴向视图的简化图；

图13是外骨骼的臂套箍的另一实施例的透视剖视图，其示出了具有捆扎带的过臂式吊架套箍；

图14是外骨骼的臂套箍的另一实施例的示图，其示出了具有带状织物的下臂式吊床套箍；

图15是外骨骼的臂套箍的另一实施例的示图，其示出了具有附接的刚性架插入件和套箍安装件的带衬垫的织物套箍；

图16示出了图15的臂套箍，其中刚性架插入件和套箍安装件与带衬垫的织物套箍分离；

图17是外骨骼的臂套箍的另一实施例的示图，其示出了没有刚性支撑架并具有分离的套箍支撑件的带衬垫的半刚性织物套箍；

图18示出了图17的臂套箍，其中套箍支撑件附接到套箍；

图19是图17的臂套箍的分解图；

图20是图17的臂套箍的透明表示；

图21示出了在参与头顶工具使用时穿戴具有图17的臂套箍的外骨骼的工人，其中该外骨骼和套箍支撑工人的手臂和工具；

图22是示出在参与头顶工具使用时穿戴具有图17的臂套箍的外骨骼的工人的另一个透视图；以及

图23是外骨骼的臂套箍的另一实施例的示图，其示出了没有刚性支撑架的变型的带衬垫的半刚性织物套箍，该半刚性织物套箍具有附加的前臂套箍，以辅助外骨骼的穿戴和脱卸。

具体实施方式

本文公开了本发明的详细实施例。然而，要理解的是，所公开的实施例仅是可按各种和替代形式实施的本发明的示例。附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为用于教导本领域技术人员采用本发明的代表性基础。

首先参照图1A和图1B，其示出了根据本发明的外骨骼100。图1A提供了外骨骼100的前视图，而图1B提供了后视图。在所示实施例中，外骨骼100采用背心的形式，该背心可由人穿戴并且使得穿戴者能够在他或她的手臂被外骨骼100完全支撑的同时执行工作。除其他部件之外，外骨骼100包括第一肩带105和第二肩带106，穿戴者将他或她的手臂穿过该第一肩带105和第二肩带106，以穿上外骨骼100。躯干支撑件被构造成牢固地耦接到穿戴者的躯干。在所示实施例中，躯干支撑件采用带110的形式，该带110被构造成在他或她的腰部处牢固地耦接到穿戴者。外骨骼100通过脊柱115支撑，该脊柱115作为外骨骼100的脊部，从而将负荷的重量从外骨骼100的上部传递到腰带110。然后，该重量可以通过穿戴者的腿部或者例如腿部支撑件的外骨骼100的某一其他部分传递到支撑表面。脊柱115包括伸缩式的上部脊柱构件115A和下部脊柱构件115B，使得脊柱115的长度可通过使用弹簧制动按钮120和相应的孔（其中一个标记为125）来调整。背垫板和垫130被耦接到脊柱115，特别是脊柱构件115A，并且通过分体夹具（split clamp）和螺栓组件135保持就位。头靠140被耦接到脊柱115的脊柱构件115A的顶部。头靠140被构造成为穿戴者的颈部和头部提供符合人体工程学的支撑，特别是当穿戴者在执行需要他或她的手臂处于他或她的头部处或之上的工作时。在另一个实施例中，为了适应穿戴安全帽或工作头盔的穿戴者，头靠140被附接到肩带105和106的护颈（neck roll）代替，该护颈为穿戴者的颈部和头部提供符合人体工程学的支撑。安装杆145也被耦接到脊柱115的脊柱构件115A。安装杆145通过分体夹具和四个螺栓（共同标记为150）来保持就位，这使得安装杆145能够相对于脊柱115进行调整，并且因此，也相对于穿戴者的肩部轴线进行调整。这种可调整性通过使穿戴者的肩部屈曲与臂支撑件155和156的枢转点匹配来确保对穿戴者的适当配合。尽管特定具体结构已被阐述为用于提供外骨骼100的某些部分的耦接或可调整性，但是应当认识到，存在用于实现这些目标的本领域中已知的多种连接布置结构。

现在参照图2，安装杆145以及臂支撑件155和156被示出为与外骨骼100的其余部分分离。臂支撑件155和156被可移除地耦接到安装杆145，使得臂支撑件155和156可被固定在与脊柱115（图2中未示出）相距不同距离的插口（其中一个标记为200）中，从而允许外骨骼100针对不同的穿戴者进行调整。具体而言，臂支撑件155和156包括逐渐变细的连接器205和206，该连接器205和206装配到选定的插口200中，并且通过紧固销（fast pin）（在该图中不可见）来锁定就位。在一个优选实施例中，安装杆145具有总共八个插口200，其中在脊柱115的每一侧上四个。已发现这提供足够的调整以适应大多数穿戴者。然而，在其他实施例中可以设置更多或更少数量的插口200。可替代地，在其他实施例中，可以使用伸缩管或线性滑动件来代替插口，以使外骨骼100能够针对不同的穿戴者进行调整。

臂支撑件155和156包括相应的肩部连杆组件210和211，其中每一个包括两个连杆。具体而言，臂支撑件155的肩部连杆组件210包括第一连杆215和第二连杆220，而臂支撑件156的肩部连杆组件211包括第一连杆216和第二连杆221。每个连杆215、216、220和221包括两个枢转轴线，每个端部处一个。这种设计为穿戴者的手臂和附加的手臂运动程度提供支撑，从而为穿戴者产生充足的移动自由。此外，该设计使得每个臂支撑件155、156能够在正常活动期间自对准。利用每个肩部连杆组件210、211的两个连杆的链来提供运动冗余。这种运动冗余是本发明的重要特征。本领域中已知的设备通常试图提供与穿戴者的肩关节运动学对准的肩关节。然而，这是非常困难的，因为人类的肩部是三自由度的球窝。此外，人类的肩部耦接到肩胛骨，该肩胛骨相对于人类脊柱沿至少两个更多的自由度平移。结果，试图模仿这种复杂运动的本领域中已知的设备往往很大并且笨重。虽然在运动学上定义不足（under-defined），但肩部连杆组件210和211的双连杆允许外骨骼100在不匹配复杂的人类肩部几何形状的情况下自对准到穿戴者肩部的位置。虽然在本领域中通常教导的是，对运动链定义不足是不好的做法，但其在此是有效的，因为由外骨骼100提供的弹簧辅助（下面论述）与肩部连杆组件210和211的枢转轴线正交地作用，并且因此，不会在肩部连杆组件210和211中引起不希望的运动。此外，外骨骼100的很大部分位于穿戴者以及他或她的手臂和肩部之后，这使得穿戴者的工作空间不受外骨骼100阻碍。类似地，穿戴者肩部正上方的空间保持开放，从而减少了对穿戴者的头部和其他设备的干扰。由于这种设计的优点，在本发明的优选实施例中，臂支撑件155和156不会越过穿戴者的肩部，而是围绕穿戴者躯干的侧面，如图6A和图6B中所示。

第三连杆225和226将肩部连杆组件210和211牢固地耦接到相应的臂支撑组件230和231。每个臂支撑组件230和231包括内部气弹簧、凸轮和凸轮从动件，它们在图4A和图4B中示出并将结合图4A和图4B更全面地论述。每个臂支撑组件230和231产生近似抵消重力的支撑轮廓（support profile），从而在水平手臂位置处提供最大支撑，而随着穿戴者竖直向下移动他或她的手臂支撑逐渐减小。当然，在某些实施例中期望提供不完全匹配重力的支撑轮廓以辅助特定任务。例如，如果穿戴者在头顶上保持工具，但是当他或她的手臂处于水平时不保持工具，则臂支撑组件230和231可以被构造成使得当穿戴者的手臂高于水平时辅助最大，并且当手臂水平或更低时辅助较小。尽管在图中不可见，但是臂支撑组件230和231包括相应的闭锁开关（lock-out switch），其将气弹簧锁定在向下或压缩的位置，从而将臂支撑件155和156置于中性模式，该中性模式使臂支撑件155和156保持不活动以便穿戴和脱卸。还应注意，虽然优选使用气弹簧，但是例如金属弹簧之类的本领域中已知的其他类型的弹簧也可以与本发明结合使用。通常，外骨骼100被构造成通过臂支撑件155和156中的每一个来提供介于10磅和25磅之间的支撑。然而，该量可以根据穿戴者和所涉及的工具要完成的特定任务而变化。

臂套箍235和236被相应地耦接到臂支撑组件230和231，并为穿戴者的手臂提供符合人体工程学的支撑。此外，臂套箍235和236还通过使用可调整套箍带240和241将穿戴者的手臂牢固地耦接到外骨骼100。在优选实施例中，臂套箍235和236被构造成耦接到穿戴者的上臂，即，臂套箍235和236中的每一个被构造成在该臂的肘部和肩部之间耦接到穿戴者的手臂中的一个。每个臂支撑件155和156包括制动轨245和246，并且每个臂套箍235和236具有卡子，该卡子与制动轨245和246中相应的一个上的不同调整点相互作用（如图5中所示并结合图5进一步论述的）。这允许调整臂套箍235和236以获得舒适性并适应不同的手臂长度。此外，这种调整为穿戴者提供了方便的方式来快速改变外骨骼100所提供的辅助的量，这是因为由臂支撑组件230和231提供给臂套箍235和236的辅助的量基于臂套箍235和236与臂支撑组件230和231的距离而改变。

转到图3，其仅示出了臂支撑件156和安装杆145。然而，下面的论述同样适用于臂支撑件155。图3图示了臂支撑件156的枢转轴线，特别是第一连杆216、第二连杆221、第三连杆226和臂支撑组件231的枢转轴线。这种布置允许臂支撑件156在横向平面中绕第一竖直轴线300、第二竖直轴线301和第三竖直轴线302运动。优选地，第一连杆216、第二连杆221和第三连杆226仅在横向平面（相对于脊柱115）中移动。绕轴线300-302的运动是大致自由的。然而，在一些实施例中，绕轴线300-302的运动可具有小阻尼或弹簧加载，以防止不希望的振荡，但应理解，该阻尼或弹簧加载通常很小。此外，臂支撑组件231绕矢状平面、冠状平面或者矢状平面和冠状平面中间的平面中的水平轴线305与横向平面正交地旋转，这取决于肩部连杆组件211和第三连杆226的定向。绕轴线305的移动通过臂支撑组件231所产生的支撑轮廓增强。因此，外骨骼100在矢状平面、冠状平面或中间平面中为穿戴者的手臂提供辅助，而不干扰穿戴者的手臂在其他方向上的运动。尽管上面使用了术语“竖直”和“水平”，但应认识到，本说明书以及权利要求假定穿戴者完全正直地站立。当然将认识到的是，例如，如果穿戴者腰部处弯曲，则轴线300-302不是完全竖直的。此外，即使穿戴者完全正直地站立，轴线300-302和305也不需要完全竖直或水平。类似地，当穿戴者完全正直地站立时，臂支撑件156不需要在完全横向、矢状或冠状平面（或者矢状和冠状平面中间的平面）中移动。相反，所有这些术语旨在包含偏差，例如+/-10度的偏差。

现在参照图4A和图4B，其示出了臂支撑组件230、231中的一个的内部。如上所述，每个臂支撑组件230和231包括弹簧，优选地是气弹簧，以及凸轮和凸轮从动件。更具体而言，如图4A和图4B中所示，具有凸轮轮廓的凸轮400与凸轮从动件405相互作用。此外，还设置通常以410表示的弹簧，其中弹簧410所产生的线性力使凸轮从动件405被压成与凸轮400接触。特别地，弹簧410的柱塞412接触凸轮从动件405。结果，凸轮400相对于凸轮从动件405的旋转运动通过弹簧410的作用被抵抗到不同的程度。这种抵抗作为由臂支撑组件230和231产生的辅助力。此外，如上所述，凸轮400的凸轮轮廓可以被构造成根据臂支撑组件230和231与臂支撑件155和156的其余部分相比、并且更具体而言与连杆215、216、220、221、225和226相比的相对旋转或枢转位置，来提供不同量的辅助扭矩。而且，还如上所述，除气弹簧之外的弹簧也可以用在臂支撑组件230和231中。弹簧410以及凸轮400和凸轮从动件405的使用（尽管要注意，特别是当弹簧侧加载不是特别的关注时，可以使弹簧直接抵靠凸轮而不是具有介入的凸轮从动件）有利地允许外骨骼100在不使用例如传感器或电子控制系统之类的电子器件的情况下为穿戴者提供辅助。更具体而言，外骨骼100优选地不包括：构造成控制臂支撑组件230和231所提供的辅助力的量的电子控制系统；或者构造成感测臂支撑组件230和231相对于水平轴线305的枢转位置的传感器。因此，外骨骼100也不需要电源，例如电池。此外，不需要动力液压、气动或电动致动器。然而，即使不是优选的，也应认识到，如果需要，则这些特征可以被结合到本发明中。

转到图5，其图示了臂支撑件156的制动轨246和臂套箍236。然而，下面的论述同样适用于臂支撑件155的制动轨245和臂套箍235。制动轨246包括多个凹口（其中一个标记为500），并且臂套箍236包括具有卡子510的可枢转锁定件505，该卡子510可选择性地定位在凹口500中的一个中，使得臂套箍236可相对于臂支撑组件231放置并保持在不同的距离处。弹簧515将锁定件505偏置到锁定位置，在该锁定位置，卡子510被保持在凹口500中的一个中。当锁定件505被压下时，锁定件505绕卡子520枢转，从而使卡子510离开其凹口500。此时，臂套箍236可相对于制动轨246移位。在移位之后，释放锁定件505导致卡子510进入新的凹口500。如上所述，这允许外骨骼100被调整以适合不同的穿戴者，并且还允许穿戴者调整由臂支撑组件231提供的辅助臂。然而，如上所述，也可以结合本发明使用其他调整机制。对于臂套箍235和236以及外骨骼100的可调整的其他部分也是如此，所述其他部分例如脊柱115以及臂支撑件155和156。

图6A和图6B示出了在示例性工作活动期间由穿戴者600穿戴的外骨骼100。特别地，穿戴者600握持工具605，并且外骨骼100向穿戴者600的手臂610和611提供辅助扭矩，以抵消重力，并且由此，支撑手臂610和611以及工具605。该辅助扭矩由臂支撑组件230和231提供，而连杆215、216、220、221、225和226使得穿戴者600能够根据需要来定位手臂610和611。

关于由臂支撑组件230和231提供的辅助或辅助扭矩，除了基于臂支撑组件230和231的枢转位置而变化之外，还应认识到，在不同的实施例中可以提供不同量的辅助。例如，在一个实施例中，臂支撑组件230和231可以被构造成提供一定量的辅助，其使得典型的手臂或典型的手臂加上特定工具基本上没有重量。可替代地，臂支撑组件230和231可以被构造成提供该辅助量的一定百分比，例如，优选为至少50%。当根据本发明的外骨骼被设计用于涉及具有给定重量的已知工具的特定任务时，可以考虑到该工具的重量。然而，这不是必需的。例如，可以根据本发明来构造更通用的外骨骼，其中该外骨骼设计成使典型穿戴者的手臂无重量。结果，如果这样的外骨骼的穿戴者确实使用工具，则该穿戴者仅需要支撑工具的重量而不需要支撑他或她的手臂的重量。类似地，可以根据本发明来构造外骨骼，其中该外骨骼设计成使5磅重的工具和典型穿戴者的手臂无重量。在这样的情况下，如果使用较重的工具，则穿戴者仅需要支撑额外的重量。此外，臂支撑组件230和231提供的辅助量不需要相等。例如，在穿戴者主要在他或她的惯用手中使用工具的情况下，这可能是期望的。

在优选实施例中，本发明的臂套箍被构造成耦接到穿戴者的上臂，并在上臂处施加力，以抵消由工具和/或手臂重量引起的扭矩。这与固定到工具并直接在工具处施加力的本领域中已知的大多数其他工具支撑设备或者在靠近穿戴者的手处施加力的臂支撑设备不同，所述设备例如与办公室计算机结合使用的腕部支撑设备。对上臂施加力的一个优点在于其允许更紧凑的设备，从而允许穿戴者在受限的工作空间中更容易地操纵和使用设备（以及支撑的工具或物体）。然而，更靠近肩部施加力导致更短的力矩臂，并且因此，与该力被施加在工具或腕部处的情况下将需要的相比，外骨骼必须对上臂施加相对更大的力以支撑工具和/或手臂。这在图7中图示，其中臂700支撑质量体706。臂700具有肩部701、上臂702、肘部703、下臂704和手705，其中手705支撑质量体706。重力作用在质量体706上，从而产生力707，其中力707绕肩部701施加扭矩708。如果外骨骼设备通过对臂700施加力来抵消扭矩708，则所需的力量取决于对臂700施加力的位置。例如，抵消扭矩708的对上臂702的力710将大幅大于抵消扭矩708的对下臂704的力709。在对具有上臂套箍的实施例进行原型设计和测试时，发现在某些情况下对上臂的这种力的施加会导致不期望的效果，包括穿戴者不适。在这些不期望的效果的情况下，穿戴者将有效使用设备的时间量是有限的。响应于上臂套箍的这些潜在问题，构思、原型化和开发了另外的优选臂套箍实施例作为对整个发明的改进。

图8和图9示出了臂套箍实施例，其是对图5中所示的架状臂套箍的改进，其中施加力以通过手臂下方的刚性臂-套箍结构来支撑手臂，其中这些实施例更好地将压力分配到穿戴者手臂的表面。

关于图8，其示出了带衬垫的臂套箍620，其中带衬垫的臂套箍620具有刚性架621和衬垫622。衬垫622略微可压缩，并且允许带衬垫的臂套箍620比仅通过刚性部件将可能的情况在穿戴者的手臂的轮廓上更均匀地对穿戴者的手臂施加力。在一些实施例中，衬垫622是闭孔泡沫或本领域中已知的其他衬垫。图8中所示的带衬垫的臂套箍使用衬垫622来减小感觉到的力。虽然这种设计对于较低的力/辅助水平应用效果很好，但这种设计的问题在较高的力/辅助水平下出现，包括由于衬垫充当隔离材料而导致的套箍周围散热不良，随着填料增加而增加的体积，以及干扰循环导致减少到手臂的血液流动。

图9示出了另一实施例的简化表示，其中与轮廓相符的刚性臂套箍623具有与轮廓相符和/或圆形的边缘624和625。与轮廓相符的臂套箍623在上臂702处将力626施加于臂700，其中通过紧密配合上臂702的表面轮廓，与轮廓相符的刚性臂套箍623更好地适应于上臂702。这种改进的配合更好地分配由力626引起的压力，其中圆形边缘624和625减少了由于臂移动导致的上臂702的摩擦和擦伤。换句话说，与轮廓相符的刚性臂套箍623在边缘624和625附近从上臂702偏离，以防止边缘624和625与上臂702之间的接触。

从手臂下方施加力的架状臂套箍实施例，例如先前描述的那些实施例，包括带衬垫的臂套箍620或与轮廓相符的刚性臂套箍623，通过可调整套箍带（如套箍带240或241）耦接到穿戴者的手臂。在一些实施例中，该可调整套箍带结合单独的闭合件和调整机构，例如具有三杆调整器和搭扣（snap buckle）的织带（webbing strap）。在一些实施例中，可调整套箍带的闭合件和调整机构通过钩环紧固件来耦接，例如在维可牢带（Velcro strap）中看到的。在优选实施例中，闭合机构是磁性的，从而允许穿戴者快速穿上或脱下外骨骼设备。在一些实施例中，可调整套箍带是带衬垫的。在一些实施例中，可调整套箍带由透气材料制成以促进冷却。

图10示出了例如先前所述的那些套箍的架型臂套箍630的简化轴向表示，其中架型臂套箍630具有刚性架632和套箍安装件633。刚性架632从下方支撑臂634。当穿戴者移动他或她的手臂时，例如肌肉和肌腱之类的手臂中的内部结构移位，从而导致手臂的表面轮廓变化。如图10中所呈现的，刚性架套箍即使带衬垫和/或与轮廓相符的，也几乎没有能力适应在整个穿戴者移动范围上手臂表面的变化。如此，刚性支撑套箍可能不太适合某些手臂位置，从而可能导致诸如不适或循环减少之类的问题。

图11-14示出了替代性的臂套箍实施例，其中向上的力通过例如捆扎带（strapping）或带状织物之类的悬挂的柔性构件施加于穿戴者的手臂。具体而言，图11示出了臂套箍的替代实施例的简化轴向表示，其中吊架型臂套箍640具有套箍安装件643、竖板645、吊架642和柔性支撑带646。柔性支撑带646悬挂在吊架642下方并且支撑臂644。图12示出了臂套箍的相关实施例的简化轴向表示，该臂套箍使用悬挂的柔性构件来支撑臂，在这种情况下，该柔性构件在刚性部件上方跨越。特别地，吊床型臂套箍650具有套箍安装件653、支撑弓形件652和支撑臂654的柔性支撑带656。在两个实施例中，柔性支撑带（即，带646或656）可以响应于臂形状的变化而容易地改变形状，从而自动地成型为手臂的形状，这与背包的自动成型柔性肩带没有什么不同。通过类比，考虑针对甚至单个穿戴者即使利用衬垫正确地成型刚性背包带将会是多么困难，更不用说多个穿戴者了。在所有实施例中，套箍安装件（即，套箍安装件643或653）可被构造成耦接到臂支撑组件（例如，臂支撑组件230或231）或轨（例如，制动轨245或246）。

关于图13，其示出了吊架臂套箍800，其中吊架臂套箍800具有：套箍安装件801，其构造成将套箍800连接到臂支撑组件；竖板804，其从套箍安装件801向上延伸；吊架805，其远离竖板804延伸；吊架衬垫809；以及悬挂在吊架805下方的柔性支撑带806。柔性支撑带806在附接点807和808处在吊架805下方附接到吊架臂套箍800。穿戴者的手臂（该图中未示出）被吊架805和柔性支撑带806围绕，并且通过柔性支撑带806从下方支撑。在一些实施例中，柔性支撑带806在长度上是可调整的。在一些实施例中，柔性支撑带806可选择性地耦接到附接点807或808。

关于图14，其示出了吊床臂套箍820，其中吊床臂套箍820具有：套箍安装件821，其构造成将套箍820连接到臂支撑组件；从套箍安装件821延伸的支撑弓形件823；耦接到支撑弓形件823的外支撑梁824；耦接到支撑弓形件823的内支撑梁825；以及支撑网（或柔性支撑带）826，其悬挂在内支撑梁825和外支撑梁824之间。支撑网826跨在外支撑梁824和内支撑梁825之间，并与穿戴者的手臂（该图中未示出）相互作用，以支撑手臂。在一些实施例中，连接外支撑梁824和内支撑梁825的可调整套箍带将吊床臂套箍820连接到穿戴者的手臂。在一些实施例中，这些支撑带为了更大的舒适度而带有衬垫。在一些实施例中，支撑带是薄的透气材料，例如网或网织品，从而允许穿戴者在温暖的工作环境中使用该设备时更凉爽。

作为图11-14的实施例的示例，考虑树木栽培者在热天从树上移除树枝，从而长时间在头顶上保持重的工具。通过使用配备有使用悬挂式柔性支撑件的臂套箍的外骨骼设备，该工人将能够保持其手臂长时间举起而不疲劳，同时保持凉爽。虽然吊架型和吊床型的臂套箍二者都使用悬挂式柔性支撑件以允许比刚性臂套箍更好的贴合性（fitment）和舒适性，但吊架套箍增加了手臂上方的外骨骼体积，而吊床套箍增加了手臂下方的体积。在一些实施例中，悬挂的柔性支撑臂套箍上的套箍安装件被构造成允许将套箍从轨移除，倒置并重新安装在轨上，从而允许工人根据工人对舒适性和可操纵性的需要，将吊床型套箍快速地重新构造成吊架型套箍（或者反之亦然）。

图15和图16示出了另一臂套箍实施例，其中带衬垫的织物臂套箍被构造成完全包围穿戴者的手臂，其中刚性支撑插入件将带衬垫的织物臂套箍耦接到外骨骼支撑臂或轨，并为带衬垫的织物臂套箍提供支撑。具体而言，臂套箍850具有带衬垫的织物套箍852和刚性支撑插入件851。刚性支撑插入件851具有：套箍安装件853，其构造成将刚性支撑插入件851连接到臂支撑组件；以及通气口854。带衬垫的织物套箍852具有：插入件保持器856，其构造成接收刚性支撑插入件851；加强织物855；带扣接收器857；带扣859；带扣接收器带858；带扣带860；以及织物覆盖的衬垫861-863。刚性支撑插入件851通过插入件保持器856固定到带衬垫的织物套箍852，并且带衬垫的织物套箍852通过带扣接收器857和带扣859耦接到穿戴者的手臂。在优选实施例中，当带衬垫的织物套箍852被耦接到穿戴者的手臂时，刚性支撑插入件851仅处于穿戴者手臂的外半部分下方。在一些实施例中，使用其他闭合机构。在一些实施例中，捆扎带是可调整的。在一些实施例中，弹性部件被结合在衬垫部段之间，以改善对穿戴者手臂的贴合性。在一些实施例中，其他紧固机构将刚性插入件连接到带衬垫的织物套箍。

作为图15和图16的实施例的示例，考虑制造设施中的工人，该工人在长期的头顶工作活动期间使用配备有具有刚性支撑插入件的带衬垫的织物套箍的外骨骼设备。通过使用该设备，每个工人都可以具有分配给他们的良好调整的带衬垫的织物套箍，并且在换班时，工人可以通过改变哪个带衬垫的织物套箍固定到插入件，来仅使用他们自己预先调整过的带衬垫的织物套箍，而不是现有工人使用的不同装配和可能出汗的套箍，从而改善工人舒适度和卫生。

图17-22呈现臂套箍的另一实施例，其示出了延伸的带衬垫的半刚性织物套箍，该套箍没有刚性内部支撑结构，其中织物臂套箍直接耦接到套箍支撑件。

关于图17和图18，其示出了臂套箍900和套箍支撑件（或刚性支撑插入件）901，其中臂套箍900具有：外部织物903；加强织物904；加强缝合部911；构造成接收套箍支撑件901的轨袋905；带扣907；带扣捆扎带908；带扣接收器909；接收器捆扎带910；以及按扣912。套箍支撑件901具有：安装件906，其构造成将套箍支撑件901连接到臂支撑组件；轨902；以及按扣913。图17示出了处于打开位置的臂套箍900和分离的套箍支撑件901，而图18示出了扣入到闭合位置的臂套箍900和附接到臂套箍900的套箍支撑件901，其中套箍支撑件901的轨902被固定在轨袋905中，而按扣912和按扣913相对于套箍支撑件901固定软套箍900的位置。安装件906将套箍支撑件901附接到外骨骼臂支撑组件（未示出，但参见例如臂支撑组件230或231），或者在一些实施例中，附接到外骨骼制动轨（未示出，但参见例如制动轨245或246）。在一些实施例中，套箍支撑件901的轨902是弯曲的（如图17和图18中所示）并且安置在穿戴者的手臂下方，以为手臂提供更自然的提升辅助感。在一些实施例中，套箍支撑件的轨是平坦的并且安置在穿戴者手臂的外侧上。在一些实施例中，使用本领域中已知的其他紧固件来将软套箍固定到穿戴者的手臂。在一些实施例中，捆扎带是可调整的。在一些实施例中，捆扎带是弹性的。在一些实施例中，使用多于一组带和紧固件将软套箍固定到穿戴者的手臂。在一些实施例中，按扣由本领域中已知的其他闭合件代替，例如匹配的维可牢表面或磁体等。

关于图19和图20，其示出了臂套箍900的构造和内部构成。特别地，在图19中，臂套箍900的分解图示出了半刚性衬垫材料914，其夹在外部织物903和面对内部的材料915之间，以将压力周向地分配到穿戴者的手臂中。图20示出了半刚性衬垫材料914相对于臂套箍900的其他部件的放置，其中半刚性衬垫材料914通过加强织物904和加强缝合部911（该图中未示出）来保持就位。在一些实施例中，通过包括铆钉、索环或粘合剂的本领域中已知的其他手段将这些层固定在一起和/或固定就位。在一些实施例中，所述面对内部的材料是高摩擦材料，从而改善了与穿戴者手臂的接触和向穿戴者手臂的扭矩传递。在一些实施例中，半刚性衬垫是Foamexo、氯丁橡胶（neoprene）或本领域中已知的其他半刚性衬垫。在一些实施例中，外部织物是弹道尼龙或本领域中已知的另一种弹性织物。在一些实施例中，该外部织物是耐火材料，例如芳纶或预氧化的丙烯酸织物。在一些实施例中，在半刚性衬垫和外部织物层之间缝有另外的骨骼结构（boning）或其他类似的加强插入件，使得套箍分部分被加强，但是穿戴者不会感觉到插入件边缘。在一些实施例中，外部织物、半刚性衬垫或面对内部的材料由高度透气和/或吸汗的材料制成。

臂套箍900完全包围穿戴者手臂并符合穿戴者手臂的形状，其中当穿戴时半刚性衬垫在整个手臂周围产生周向压力分布。图21和图22示出了在用手臂946保持工具947时的穿戴外骨骼951的工人945。臂套箍900通过套箍支撑件901耦接到外骨骼951的臂支撑组件950，其中臂套箍900、臂支撑组件950和外骨骼951帮助工人945支撑手臂946和工具947的重量。套箍支撑件901的刚性轨通过臂套箍的半刚性衬垫传递来自致动器的载荷，其中通过臂套箍施加于穿戴者的手臂的力在大区域上分布，从而消除了对架支撑结构的需要。这种刚性架和支撑区域的移除允许“软”的臂套箍在手臂位置的一定范围上与穿戴者的手臂相符，其中周向分布的压力降低了压力点并且增加了穿戴者舒适度。此外，臂套箍对手臂的周向包围减少了对穿戴者的手臂的边缘效果。

尽管图21和图22主要用于强调外骨骼100和951的套箍之间的差异，但应注意的是，在这些外骨骼之间存在某些其他区别。具体而言，与外骨骼100不同，外骨骼951不包括构造成允许支撑臂相对于脊柱定位在不同的位置处的安装杆。此外，外骨骼951也不包括将套箍连接到臂支撑组件的制动轨。相反，外骨骼100包括安装杆145以及制动轨245和246。在其他方面，外骨骼100和951以彼此基本上相同的方式起作用。例如，可以看到，两个外骨骼的支撑臂各自包括三个连杆和臂支撑组件。

在图17-22的实施例的示例中，考虑工人在拆除环境中使用外骨骼来帮助支撑外展的手臂和重型工具。如果该外骨骼配备有该实施例的“软”的臂套箍，则工人可以更舒适并且持续更长时间地工作。软的臂套箍设计的另一个优点在于套箍的分布压力不会阻碍血液流动到穿戴者的手臂，从而改善循环。软的臂套箍设计的另一个优点在于相对紧密的手臂环绕配合减少了工人将碎屑（例如，混凝土碎屑）夹在臂套箍和工人的手臂之间的可能性，这可能造成不适或需要停工以进行清除。

虽然图15-22的论述涉及织物臂套箍，但应认识到，其他材料也可被用于本发明的臂套箍。例如，臂套箍可以由非织造织物、柔性聚合物、柔性复合材料或这些材料的组合（包括与织物的组合）制成。在一个实施例中，使用衬有软硅树脂或泡沫衬垫的半刚性聚合物来构造臂套箍。

图23示出了另一臂套箍实施例，其中臂套箍920包括上臂套箍921和前臂套箍931，其中上臂套箍921和前臂套箍931通过捆扎带936连接。臂套箍920被耦接到穿戴者的上臂，这是通过首先在前臂上滑动前臂套箍931，并且随后，通过使用带扣接收器929和带扣927将上臂套箍921固定到穿戴者的上臂。虽然上臂套箍921在图23中被示出为“软”的臂套箍，但是类似的前臂套箍可以被添加到其他臂套箍实施例。前臂套箍931有助于外骨骼和上臂套箍的脱卸和穿戴。具体而言，在测试期间，发现一些穿戴者倾向于在脱卸外骨骼时断开带扣接收器929和带扣927而不首先断开致动器，从而导致外骨骼臂套箍和支撑臂的不受控制的移动。在移除上臂套箍之前无法从穿戴者的手臂移除的前臂套箍起到安全特征的作用，以防止在致动器活动时上臂套箍从上臂解开的情况下的这种不受控制的移动。此外，还发现前臂套箍使穿上外骨骼稍微变得更容易，特别是对于新手穿戴者而言。

在一些实施例中，组合了本发明的各种实施例。

基于上述内容，应当显而易见的是，本发明提供了一种外骨骼，其通过直接支撑穿戴者的手臂和各种工具的重量来辅助穿戴者，从而增加穿戴者的力量和耐力并防止受伤。尽管参考优选实施例进行了描述，但应容易理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本发明进行各种改变或修改。例如，尽管外骨骼100被示出为背心，但是根据本发明的外骨骼可以采用其他形式。例如，臂支撑件可以被耦接到用户工作空间中的物理对象，例如桌子或椅子等。此外，该背心的一些穿戴者可能会在需要他们穿戴安全带以防坠落的地方工作。安全带具有位于穿戴者的肩胛骨之间的系索环。在另一个实施例中，外骨骼背心的躯干支撑脊柱可以被重新构造成“Y形”或双柱支撑脊柱。这些替代性脊柱结构中的每一个都将使得工人能够在外骨骼背心下穿戴安全带，并且将使得容易接近安全带的系索环。同样，在理解本发明时，必须认识到，即使在权利要求中使用时，根据本发明，诸如“竖直”、“水平”、“横向”之类的术语也相对于外骨骼本身而不是自由空间定义，其中竖直轴线在外骨骼的顶部和底部之间延伸。例如，出于说明书和权利要求的目的，即使当穿戴者腰部处弯曲时，并且即使当相对于外骨骼的竖直轴线倾斜8度时，轴线300-302也被认为是竖直的。考虑到这一点，一般而言，本发明仅意在受所附权利要求的范围限制。

Claims (33)

1.一种外骨骼，包括：

第一连杆，其构造成绕第一竖直轴线在横向平面中枢转；

第二连杆，其耦接到所述第一连杆，并且构造成绕不同于所述第一竖直轴线的第二竖直轴线在横向平面中枢转；以及

臂支撑组件，其耦接到所述第二连杆，并且构造成绕水平轴线枢转，其中：

所述臂支撑组件通过所述第二连杆连接到所述第一连杆；

所述臂支撑组件包括弹簧，所述弹簧构造成产生抵消重力的辅助扭矩；

所述臂支撑组件构造成为穿戴者的手臂提供所述辅助扭矩，以支撑所述穿戴者的手臂；

所述臂支撑组件还包括凸轮轮廓和凸轮从动件；以及

所述臂支撑组件构造成使得所述弹簧使所述凸轮从动件和所述凸轮轮廓被压成接触，并且所述凸轮从动件和所述凸轮轮廓之间的接触确定由所述臂支撑组件提供的辅助力的量，

其中所述外骨骼还包括套箍，所述套箍耦接到所述臂支撑组件，并且构造成耦接到所述穿戴者的手臂，

其中所述套箍是吊架型套箍，所述套箍包括：

套箍安装件，其构造成将所述套箍连接到所述臂支撑组件；

竖板，其从所述套箍安装件向上延伸；

吊架，其远离所述竖板延伸；以及

柔性支撑带，其构造成悬挂在所述吊架下方，或者

所述套箍是吊床型套箍，所述套箍包括：

套箍安装件，其构造成将所述套箍连接到所述臂支撑组件；

支撑弓形件，其从所述套箍安装件延伸；

耦接到所述支撑弓形件的内支撑梁；

耦接到所述支撑弓形件的外支撑梁；以及

柔性支撑带，其构造成悬挂在所述内支撑梁和所述外支撑梁之间。

2.如权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述凸轮轮廓被构造成使得由所述臂支撑组件提供的所述辅助力根据所述臂支撑组件相对于所述水平轴线的枢转位置而变化。

3.如权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述弹簧是气弹簧。

4.如权利要求1所述的外骨骼，还包括：

躯干支撑件，其构造成耦接到穿戴者的躯干；以及

脊柱，其构造成将所述穿戴者的手臂的重量传递到所述躯干支撑件，其中，所述第一连杆和所述第二连杆将所述臂支撑组件连接到所述脊柱，从而允许所述臂支撑组件相对于所述脊柱移动。

5.如权利要求4所述的外骨骼，其特征在于，所述臂支撑组件、所述第一连杆和所述第二连杆形成支撑臂的至少一部分，并且其中，当连接到所述脊柱时，所述支撑臂不越过所述穿戴者的肩部的顶部。

6.如权利要求4所述的外骨骼，其特征在于，相对于所述脊柱，所述第一连杆和所述第二连杆仅在所述横向平面中移动。

7.如权利要求4所述的外骨骼，其特征在于，所述臂支撑组件被构造成绕所述水平轴线在矢状平面、冠状平面或介于所述矢状平面和所述冠状平面中间的平面中枢转。

8.如权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼不包括构造成控制由所述臂支撑组件提供的辅助力的量的电子控制系统。

9.如权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼不包括构造成感测所述臂支撑组件相对于所述水平轴线的枢转位置的传感器。

10.如权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼不包括构造成产生所述辅助扭矩的动力电动、液压或气动致动器。

11.如权利要求1所述的外骨骼，还包括脊柱，其中：

所述臂支撑组件、所述第一连杆和所述第二连杆形成支撑臂的至少一部分；以及

所述外骨骼不包括构造成允许所述支撑臂相对于所述脊柱定位在多个不同的位置处的安装杆。

12.如权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼不包括将套箍连接到所述臂支撑组件的制动轨。

13.如权利要求1所述的外骨骼，还包括将所述臂支撑组件连接到所述第二连杆的第三连杆，其中，所述第三连杆被构造成绕第三竖直轴线在横向平面中枢转。

14.如权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述套箍被构造成在所述手臂的肘部和肩部之间耦接到所述穿戴者的手臂。

15.如权利要求14所述的外骨骼，还包括：

前臂套箍，其构造成耦接到所述穿戴者的手臂的前臂；以及

捆扎带，其构造成将所述前臂套箍耦接到所述套箍。

16.如权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述套箍被构造成紧密地配合所述穿戴者的手臂的表面轮廓，并且所述套箍被构造成在所述套箍的边缘附近远离所述手臂偏转，以防止所述边缘与所述手臂之间的接触。

17.如权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述套箍还包括耦接到所述吊架的衬垫。

18.如权利要求1所述的外骨骼，还包括刚性支撑插入件，所述刚性支撑插入件包括构造成将所述刚性支撑插入件连接到所述臂支撑组件的安装件，其中，所述套箍被构造成接收所述刚性支撑插入件，从而将所述套箍耦接到所述刚性支撑插入件。

19.如权利要求18所述的外骨骼，其特征在于，所述刚性支撑插入件还包括轨，并且所述套箍被构造成接收所述轨。

20.如权利要求19所述的外骨骼，其特征在于，所述轨是弯曲的。

21.如权利要求18所述的外骨骼，其特征在于，所述套箍由织物、非织造织物、柔性聚合物或柔性复合材料制成。

22.如权利要求18所述的外骨骼，其特征在于，所述套箍包括袋，所述袋构造成接收所述刚性支撑插入件。

23.如权利要求18所述的外骨骼，其特征在于，所述套箍包括半刚性衬垫层，所述半刚性衬垫层构造成当所述套箍耦接到所述穿戴者的手臂时将压力周向分配到所述穿戴者的手臂中。

24.一种利用外骨骼为穿戴者的手臂提供辅助扭矩的方法，所述外骨骼包括：第一连杆，其构造成绕第一竖直轴线在横向平面中枢转；第二连杆，其耦接到所述第一连杆，并且构造成绕不同于所述第一竖直轴线的第二竖直轴线在横向平面中枢转；以及臂支撑组件，其耦接到所述第二连杆，并且构造成绕水平轴线枢转，其中，所述臂支撑组件通过所述第二连杆连接到所述第一连杆，以及所述臂支撑组件包括弹簧、凸轮轮廓和凸轮从动件，所述方法包括：利用所述弹簧产生抵消重力的辅助扭矩；

利用所述臂支撑组件为所述穿戴者的手臂提供所述辅助扭矩，以至少支撑所述穿戴者的手臂；以及

利用所述凸轮轮廓和所述凸轮从动件来确定由所述臂支撑组件提供的辅助力的量，其中，所述臂支撑组件被构造成使得所述弹簧使所述凸轮从动件和所述凸轮轮廓被压成接触，并且所述凸轮从动件和所述凸轮轮廓之间的接触确定由所述臂支撑组件提供的所述辅助力的量，

其中所述外骨骼还包括耦接到所述臂支撑组件的套箍，所述方法还包括将所述套箍耦接到所述穿戴者的手臂，

其中所述套箍是吊架型套箍，所述吊架型套箍包括将所述套箍连接到所述臂支撑组件的套箍安装件、从所述套箍安装件向上延伸的竖板、远离所述竖板延伸的吊架以及悬挂在所述吊架下方的柔性支撑带，所述方法还包括利用所述柔性支撑带来支撑所述穿戴者的手臂，或者所述套箍是吊床型套箍，所述吊床型套箍包括将所述套箍连接到所述臂支撑组件的套箍安装件、从所述套箍安装件延伸的支撑弓形件、耦接到所述支撑弓形件的内支撑梁、耦接到所述支撑弓形件的外支撑梁以及悬挂在所述内支撑梁和所述外支撑梁之间的柔性支撑带，所述方法还包括利用所述柔性支撑带来支撑所述穿戴者的手臂。

25.如权利要求24所述的方法，还包括：

根据所述臂支撑组件相对于所述水平轴线的枢转位置来改变由所述臂支撑组件提供的所述辅助力。

26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述臂支撑组件的所述弹簧是气弹簧，并且产生所述辅助扭矩包括利用所述气弹簧来产生所述辅助扭矩。

27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述外骨骼还包括：

躯干支撑件，其构造成耦接到所述穿戴者的躯干；以及

脊柱；

所述方法还包括：

利用所述脊柱将所述穿戴者的手臂的重量传递到所述躯干支撑件，其中，所述第一连杆和所述第二连杆将所述臂支撑组件连接到所述脊柱，从而允许所述臂支撑组件相对于所述脊柱移动。

28.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法不包括：

利用电子控制系统来控制由所述臂支撑组件提供的辅助力的量；

利用传感器来感测所述臂支撑组件相对于所述水平轴线的枢转位置；或者

利用动力电动、液压或气动致动器来产生所述辅助扭矩。

29.如权利要求24所述的方法，其特征在于，将所述套箍耦接到所述穿戴者的手臂包括在所述手臂的肘部和肩部之间将所述套箍耦接到所述穿戴者的手臂。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述外骨骼还包括前臂套箍和将所述前臂套箍耦接到所述套箍的捆扎带，所述方法还包括将所述前臂套箍耦接到所述穿戴者的手臂的前臂。

31.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述外骨骼还包括刚性支撑插入件，所述刚性支撑插入件具有将所述刚性支撑插入件连接到所述臂支撑组件的安装件，所述方法还包括利用所述套箍来接收所述刚性支撑插入件，从而将所述套箍耦接到所述刚性支撑插入件。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述刚性支撑插入件具有轨，并且利用所述套箍来接收所述刚性支撑插入件包括利用所述套箍来接收所述轨。

33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述套箍具有袋，并且利用所述套箍来接收所述刚性支撑插入件包括利用所述袋来接收所述刚性支撑插入件。

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