CN111791222B - 可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块及包括其的可穿戴式肌肉力量辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块及包括其的可穿戴式肌肉力量辅助装置，所述可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块包括：基础部分，其固定地连接到穿戴者的身体；上臂部分，所述上臂部分构造成使得其第一端联接至所述基础部分以绕固定点可旋转，所述上臂部分联接至穿戴者的上臂以对穿戴者的上臂施加旋转扭矩；第一连杆，所述第一连杆构造为使得其第一端在作用点处可旋转地联接至所述基础部分；第二连杆，其在所述上臂部分延伸的平面上延伸，所述第二连杆在第一点处可旋转地联接至所述第一连杆的第二端；第三连杆，其在第二点处联接至所述第二连杆，以引导第二点的移动；以及弹性体，其通过变形产生弹性力。

Description

可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块及包括其的可穿戴式 肌肉力量辅助装置

技术领域

本发明涉及一种可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块以及包括该上臂模块的可穿戴式肌肉力量辅助装置，更具体而言，涉及一种通过补偿由于重力引起的负载来支撑穿戴者的上臂的上臂模块。

背景技术

可穿戴机器人是通过将机器人放在身体的特定部位上或者将机器人安装到特定部位来辅助身体运动的机器人，并且被设计用于医疗、军事或工业用途。特别地，在用于工作的可穿戴机器人的情况下，它们设计为通过减少施加给工人的负荷来防止受伤并且支撑肌肉力量。可穿戴机器人通常设计为模仿穿戴者的外骨骼，并且关节应当具有与身体实际运动相同的运动。

特别地，可穿戴式肌肉力量辅助装置包括构造为支撑承受工具重量的人的手动支撑机构。传统的手动支撑机构构造为通过使用结构元件、弹簧、缆线和滑轮的组合来在一系列位置下补偿重力。这些设备的构造可以在操作的有限的操作范围内提供重力补偿。

然而，传统的可穿戴式肌肉力量辅助装置的问题在于，通过组合凸轮和线材来形成扭矩轮廓(torque profile)，但是凸轮和线材的组合导致可组装性和可加工性变差，并且由于部件之间的摩擦和滑动会产生耐久性和噪声问题。

以上陈述仅仅旨在帮助理解本发明的背景技术，而不表示本发明落入本领域技术人员公知的现有技术的范围内。

发明内容

因此，本发明提出了一种可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块以及包括该上臂模块的可穿戴式肌肉力量辅助装置，其中，通过使用多个连杆来形成扭矩轮廓(torqueprofile)而不使用线材，从而改善了耐用性和可组装性。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，所述上臂模块包括：基础部分，其固定地连接到穿戴者的身体，所述基础部分定位成与穿戴者的上臂的上端部相对应；上臂部分，所述上臂部分构造成使得其第一端联接至所述基础部分以绕固定点可旋转，所述上臂部分延伸成与穿戴者的上臂相对应，所述上臂部分联接至穿戴者的上臂以对穿戴者的上臂施加旋转扭矩；第一连杆，所述第一连杆构造为使得其第一端在与固定点间隔开的作用点处可旋转地联接至所述基础部分；第二连杆，其在所述上臂部分延伸的平面上延伸，所述第二连杆在第一点处可旋转地联接至所述第一连杆的第二端；第三连杆，其在与所述第二连杆的第一点间隔开的第二点处联接至所述第二连杆，以引导第二点的移动；以及弹性体，所述弹性体构造为使得其第一端在所述上臂部分的延伸方向上在与所述上臂部分的第一端间隔开的位置处联接至所述上臂部分，所述弹性体的第二端在与所述第二连杆的第一点和第二点间隔开的第三点处联接至所述第二连杆，并且通过变形产生弹性力。

所述第三连杆可以构造成使得其第一端可旋转地联接至所述上臂部分，所述第三连杆的第二端在与所述第二连杆的第一点间隔开的第二点处可旋转地联接至所述第二连杆。

所述上臂模块可以进一步包括第四连杆，所述第四连杆构造成使得其第一端可旋转地联接至所述上臂部分，所述第四连杆的第二端在与所述第一连杆的第一端间隔开的位置处可旋转地联接至所述第一连杆。

所述第四连杆的第二端可以在所述第二连杆的第一点处同时联接到所述第一连杆和所述第二连杆。

所述第三连杆进一步可以包括微型开关，所述微型开关在所述第三连杆围绕其第一端旋转时操作为接地或不接地，其中，微型开关可以通过设置在所述上臂部分中的连接器联接到外部设备。

所述作用点可以在所述固定点上方的位置处设置在所述基础部分中，因此从所述固定点到所述作用点的方向可以是从地面向上倾斜的方向。

上臂模块可以进一步包括：第五连杆，其构造成使得其第一端在第二连杆和弹性体之间可旋转地联接至第二连杆，并且其第二端联接至弹性体的第二端；以及第六连杆，其构造成使得其第一端在弹性体和上臂部分之间可旋转地联接到上臂部分，并且其第二端联接到弹性体的第一端。

弹性体可以由多个弹簧构成，其相对端分别联接到第五连杆和第六连杆，并且第五连杆的第二端和第六连杆的第二端可以沿多个弹簧设置的方向延伸。

由弹性体的弹性力产生的旋转扭矩可以随着上臂部分围绕固定点旋转而变化，并且弹性体的弹性力可以具有这样的轮廓(profile)，其中随着上臂部分相对于基础部分向下旋转，旋转扭矩的大小逐渐增大，且相对于地面以预定角度具有最大值，然后再次减小。

第二连杆的第三点可以与连接第一点和第二点的直线间隔开，使得第一点、第二点和第三点形成三角形，并且第二连杆的第一点和第二点可以移动，使得第二连杆在随着上臂部分围绕固定点向下旋转而朝向固定点平移的同时旋转。

当所述上臂部分在相对于地面的大于预定角度的角度范围内围绕所述固定点向下旋转时，所述第二连杆可以在第三点远离所述上臂部分的第一端的方向上旋转。

当所述上臂部分在相对于地面的小于预定角度的角度范围内围绕固定点向下旋转时，所述第二连杆可以在第三点接近所述上臂部分的第一端的方向上旋转。

所述第二连杆的第三点可以位于连接第一点和第二点的直线上方，当所述上臂部分围绕固定点向下旋转时，第二连杆的第一点可以在朝向固定点移动的同时向下移动然后向上移动，所述第二点可以在朝向固定点移动的同时逐渐快速地向下移动。

所述上臂模块可以进一步包括可旋转部分，所述可旋转部分围绕固定点相对可旋转地联接至所述基础部分，所述可旋转部分构造为使得可旋转部分相对于基础部分的旋转在被锁定机构锁定时受到限制，其中，所述第一连杆可以在作用点处可旋转地联接到所述可旋转部分，使得当所述可旋转部分相对于所述基础部分旋转时，所述第一连杆和所述上臂部分同时旋转。

所述锁定机构可以允许所述可旋转部分在多个旋转角度点处锁定到所述基础部分。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种可穿戴式肌肉力量辅助装置，其包括上臂模块，所述可穿戴式肌肉力量辅助装置构造为使得所述基础部分通过多个紧固机构联接至穿戴者的躯干。

根据本发明的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块以及包括该上臂模块的可穿戴式肌肉力量辅助装置，仅具有简单的连接连杆和弹性体的构造，其能够实现旋转扭矩变化的扭矩轮廓，所述旋转扭矩使穿戴者的上臂部分根据上臂部分的角度而向上旋转。

其进一步的优点在于，可以通过使用连杆而不使用线材和凸轮来改善耐用性和可组装性。

附图说明

通过下文结合附图所呈现的详细描述将会更为清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征以及其它优点，在这些附图中：

图1是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块的内部的视图；

图2至图3是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块的旋转过程的状态的视图；

图4是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块的扭矩轮廓的视图；

图5是示出本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块中所包括的弹性体的变形轮廓(deformation profile)的视图；

图6是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块的扭矩轮廓以及根据现有技术的扭矩轮廓的视图；

图7是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块的内部的放大图；

图8是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块的外部的主视图；

图9是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块的锁定机构被释放的状态的视图；

图10是示出根据本发明的另一个实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块的内部的视图；以及

图11是示出根据本发明的实施方案的包括上臂模块的可穿戴式肌肉力量辅助装置的后视图。

具体实施方式

本文所用的术语仅为了描述特定实施方案的目的，并不旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚说明。还将理解当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，表明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或多种其他的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群体。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。在整个说明书中，除非明确地相反描述，术语“包括”和变化形式例如“包含”或“含有”应被理解为暗示包含所述元件但是不排除任何其它元件。此外，说明书中描述的术语“单元”、“-器”、“-件”和“模块”表示用于进行至少一种功能和操作的单元，并且可以通过硬件或软件及其组合实施。”

此外，本发明的控制逻辑可以体现为计算机可读媒介上的永久性计算机可读媒体，包括通过处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读媒介的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据储存设备。计算机可读媒介也可以分布在网络联接的计算机系统中使得计算机可读媒介以分布方式储存和执行，例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)。

在下面的描述中，根据本发明的构思的示例性实施方案特定的结构或功能描述旨在描述示例性实施方案，因此应理解，本发明可以以各种方式实施，而不限于示例性实施方案。

根据本发明的构思的示例性实施方案可以被各种修改并且可以具有各种形状，因此其示例在附图中示出并且将参考附图进行详细描述。然而，应该理解，根据本发明的构思的示例性实施方案不限于下面将参考附图描述的实施方案，而是在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改，等效，添加和替换。

将理解的是，尽管本文可以使用术语第一、第二等描述各个元件，这些元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件。类似地，第二元件也可以被称为第一元件。

将理解的是，当一个元件被称为“联接”或“连接”到另一个元件时，它可以直接联接或连接到另一个元件，或者在它们之间可以存在中间元件。相反，应当理解，当一个元件被称为“直接联接”或“直接连接”至另一个元件时，不存在中间元件。此外，本文中用于描述元件之间的关系的术语，例如，“在...之间”、“直接在...之间”、“相邻”或“直接相邻”应当以与上述相同的方式解释。

除非另有其他定义，否则本文所使用的包括技术和科学术语在内的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。还应理解常用词典中定义的术语应被解释为具有与相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，除非本文清楚定义，不应被解释为理想的意义或过于正式的意义。

下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。在这些附图中，相同的附图标记将指代相同或相似的部件。

图1是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块的内部的视图；以及图2至图3是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块的旋转过程的状态的视图。

参考图1至图3，根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块包括：基础部分100、上臂部分200、第一连杆610、第二连杆620、第三连杆630以及弹性体500，所述基础部分100固定地连接到穿戴者的身体，并且定位成与穿戴者的上臂的上端部相对应；所述上臂部分200构造成使得其第一端联接至所述基础部分100以绕固定点300可旋转，延伸成与穿戴者的上臂相对应，并且联接至穿戴者的上臂以对穿戴者的上臂施加旋转扭矩；所述第一连杆610构造为使得其第一端在与固定点300间隔开的作用点400处可旋转地联接至基础部分100；所述第二连杆620在上臂部分200延伸的平面上延伸，并且在第一点621处可旋转地联接至第一连杆610的第二端；所述第三连杆630在与第二连杆620的第一点621间隔开的第二点622处联接至第二连杆620，以引导第二点622的移动；所述弹性体500构造为使得其第一端在上臂部分200的延伸方向上在与上臂部分200的第一端间隔开的位置处联接至上臂部分200，并且其第二端在与第二连杆620的第一点621和第二点622间隔开的第三点623处联接至第二连杆620，并且通过变形产生弹性力。

基础部分100位于穿戴者的肩部，并且可以位于穿戴者的上臂的旋转中心处，以对应于穿戴者的上臂的上端部。特别地，固定点300可以位于穿戴者的上臂的旋转中心处。

对应于穿戴者的上臂的上臂部分200可以联接至基础部分100，以围绕固定点300可旋转同时位于穿戴者的上臂的一侧处，以便模拟穿戴者的上臂围绕其上端部向上或向下旋转的运动。

弹性体500的第一端联接到上臂部分200，并且特别地，可以在上臂部分200的延伸方向上间隔开的同时固定地联接到上臂部分200的第二端。如下所述，弹性体500的第二端可以向上或向下移动，从而弹性体500的第一端可以可旋转地联接到上臂部分200。

随着上臂部分200围绕固定点300旋转，弹性体500的长度变形，并且由此产生的弹性力可以变化。特别地，弹性体可以构造成不发生变形，使得弹性力在上臂部分200围绕固定点300旋转的预定旋转角处变为零，并且随着其第一端和第二端之间的距离增加，可以通过变形产生拉力。

因此，通过随着上臂部200相对于基础部分100围绕固定点300旋转而在弹性体500中产生的弹性力的大小和方向，施加于基础部分100和上臂部分200的旋转扭矩可以变化。

特别地，在基础部分100中，在向下的旋转方向上产生旋转扭矩(τ＝(r)X(F)＝|r||F|sinθ)，并且作为对此的反应，在上臂部分200中，以相同的大小在向上的旋转方向上产生旋转扭矩。

因此，仅通过简单的连接连杆610、620、630、640、650和660以及弹性体500的构造，就可以产生使穿戴者的上臂部200向上旋转的旋转扭矩，并且可以形成旋转扭矩的轮廓，以便根据上臂部分200的角度改变旋转扭矩。特别地，可以通过使用连杆而不使用线材和凸轮来改善耐用性和可组装性。

特别地，连接连杆610、620、630、640、650和660可以包括：第一连杆610，其构造成使得其第一端在与固定点300间隔开的作用点400处可旋转地联接至基础部分100；第二连杆620，其在上臂部分200延伸的平面上延伸，并且在第一点621处可旋转地联接到第一连杆610的第二端；以及第三连杆630，其在与第二连杆620的第一点621间隔开的第二点622处联接至第二连杆620，以引导第二点622的移动。

特别地，由于作用点400与固定点300间隔开设置，因此当上臂部分200相对于基础部分100围绕固定点300旋转时，第一连杆610的第一端围绕作用点400旋转，从而在改变与固定点300的距离的同时可以移动第一连杆610的第二端。

第二连杆620可以在第一点621处可旋转地联接到第一连杆610的第二端，可以联接到上臂部分200，使得当上臂部分200围绕固定点300旋转时，引导与第一点621间隔开的第二点622的移动，并且可以在与第一点621和第二点622间隔开的第三点623处联接到弹性体500的第二端。

第三连杆630在第二连杆620的第二点622处联接至第二连杆620，以引导第二连杆620的移动。特别地，随着上臂部分200围绕基础部分100旋转，可以引导第二连杆620的第二点622移动的路径。

弹性体500的第二端可以在与第一点621和第二点622间隔开的第三点623处联接至第二连杆620，并且弹性体500的第一端可以联接至上臂部分200的第二端。因此，随着上臂部分200围绕基础部分100旋转，弹性体500的长度可以通过第二连杆620根据第一连杆610和第三连杆630引导的移动而变化。因此，弹性体500可以产生根据上臂部分200的旋转角度而变化的弹性力。

根据本发明，仅通过简单的连接连杆和弹性体而不使用线材和凸轮，就可以实现根据上臂部分20的角度来改变使穿戴者的上臂部分200向上旋转的旋转扭矩的扭矩轮廓。

特别地，第三连杆630的第一端可以可旋转地联接至上臂部分200，并且第三连杆630的第二端可以在与第二连杆620的第一点621间隔开的第二点622处可旋转地联接至第二连杆620。

当第二连杆620随着上臂部分200围绕基础部分100旋转而被第一连杆610移动时，第二连杆620的第二点622可以被第三连杆630引导。

在实施方案中，在第三连杆630设置在第一连杆610和第二连杆620下方的位置处的情况下，第三连杆的第一端可以可旋转地联接至上臂部分200，并且第三连杆的第二端可以可旋转地联接至第二连杆620的第二点622。

上臂模块可以进一步包括第四连杆640，第四连杆640构造成使得其第一端可旋转地联接至上臂部分200，并且第二端在与第一连杆610的第一端间隔开的位置处可旋转地联接至第一连杆610。

由于第一连杆610在与第四连杆640的第一端间隔开的位置处联接至第四连杆640，因此可以在第一端固定至作用点400的情况下限制旋转。因此，可以引导第一连杆610的第二端和联接至其的第二连杆620的第一点621的移动。

在实施方案中，在第四连杆640设置在第一连杆610和第二连杆620上方的位置的情况下，第四连杆的第一端可以可旋转地联接至上臂部分200，并且第四连杆的第二端可以可旋转地联接至第一连杆610。

特别地，第四连杆640的第二端可以在第二连杆620的第一点621处同时联接到第一连杆610和第二连杆620。换而言之，在第一点621处，第四连杆640的第二端可以同时联接到第二连杆620和第一连杆610的联接点。

因此，随着上臂部分200围绕基础部分100旋转，第二连杆620的第一点621的移动可以通过第四连杆640的旋转来引导。

由于确定了第一点621和第二点622的位置，因此与第二连杆620的第一点621和第二点622间隔开的第三点623的确定没有自由度，从而形成弹性体500的变形轮廓。

此外，作用点400可以在固定点300上方的位置处设置在基础部分100中，因此从固定点300到作用点400的方向可以是从地面向上倾斜的方向。

施加到上臂部分200或基础部分100的旋转扭矩的大小由弹性力的大小以及从作用点400到固定点300的方向与从作用点400施加弹性力的方向之间的角度确定。

特别地，旋转扭矩的大小与从作用点400到固定点300的方向与从作用点400施加弹性力的方向之间的角度的正弦成正比。作用点400可以设置在高于固定点300的位置，使得从作用点400到固定点300的方向与从作用点400施加弹性力的方向之间的角度的正弦值随着上臂部分200围绕固定点300旋转而逐渐增加，当穿戴者的上臂相对于地面接近预定角度时具有最大值，然后再次减小。

换而言之，可以将作用点400设置成使得从固定点300朝向作用点400的方向从地面向上倾斜，并且因此，从作用点400朝向固定点300的方向与从作用点400施加弹性力的方向之间的角度在上臂部分200从地面最大地向上旋转的情况下接近0度，在上臂部分200以预定角度靠近的情况下接近90度，在上臂部分200向下最大旋转的情况下接近180度。

上臂模块可以进一步包括：第五连杆650，其构造成使得其第一端在第二连杆620和弹性体500之间可旋转地联接至第二连杆620，并且其第二端联接至弹性体500的第二端；以及第六连杆660，其构造成在弹性体500和上臂部分200之间使得其第一端可旋转地联接到上臂部分200，并且其第二端联接到弹性体500的第一端。

第五连杆650和第六连杆660分别可旋转地联接至第二连杆620的第三点623和上臂部分200，从而弹性体500的长度可以基于上臂部分200围绕固定点300的旋转根据第二连杆620的第三点623与固定至上臂部分200的弹性体500的第一端之间的长度变化而平稳地变化。

弹性体500可以由多个弹簧构成，其相对端分别联接到第五连杆650和第六连杆660，并且第五连杆650的第二端和第六连杆660的第二端可以沿多个弹簧设置的方向延伸。

因此，可以通过使用耐用的弹簧作为弹性体500来防止诸如线材断裂的断裂，并且可以通过更换弹簧来容易地改变弹性力和旋转扭矩的大小。

特别地，弹性体500可以由多个弹簧构成，其相对端分别联接到第五连杆650和第六连杆660，并且第五连杆650的第二端和第六连杆660的第二端可以在多个弹簧设置的方向上延伸。多个弹簧可以具有相同的初始长度，并且可以布置成使得根据长度的改变的弹性力的大小彼此对称。

因此，可以将在彼此顶部布置的多个弹簧中产生的弹性力均匀地施加到第五连杆650和第六连杆660。

图4是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块的扭矩轮廓的视图；图5是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块中所包括的弹性体500的变形轮廓的视图；以及图6是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块的扭矩轮廓以及根据现有技术的扭矩轮廓的视图。

进一步参考图4至图6，由弹性体500的弹性力产生的旋转扭矩可以随着上臂部分200围绕固定点300旋转而变化，并且可以具有如下轮廓，其中随着上臂部分200相对于基础部分100向下旋转，旋转扭矩的大小逐渐增大，相对于地面以预定角度具有最大值，然后再次减小。

在此，使用小于零的负数来映射图4的扭矩轮廓图。

如图5中所示，弹性体500的变形轮廓可以构造为使得弹性体500的弹性力迅速增加，直到穿戴者的上臂向下移动到相对于地面的预定角度(例如，接近0度)，并且以预定角度或更小的角度缓慢增加。

支撑穿戴者的上臂的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000需要设计成使得为了补偿穿戴者的上臂的重力，在穿戴者的上臂相对于地面以第一预定固定角度(例如，+60度)向上倾斜的状态下，随着穿戴者的上臂向下移动，向上旋转的旋转扭矩增加。因此，可以补偿作用在穿戴者的上臂上的重力，以支撑穿戴者的上臂以便保持向上旋转状态。

此外，可穿戴式肌肉力量辅助装置需要设计成使得随着穿戴者的上臂从预定角度(例如，接近0度)向下移动到第二预定固定角度(例如，-90度)时，向上旋转的旋转扭矩会减小。从而，穿戴者不会受到降低上臂的移动的干扰。

因此，与根据图6中的虚线所示的根据现有技术的扭矩轮廓相反，根据本发明的扭矩构造为使得该大小在穿戴者的上臂设置得较高的角度处具有最大值，而在穿戴者的上臂设置得较低的角度处具有较小的值，从而有利于上臂的下降运动。

为此，再次参考图1至3，第二连杆620的第三点623可以与连接第一点621和第二点622的直线间隔开，使得第一点621，第二点622和第三点623形成三角形，并且第二连杆620的第一点621和第二点622可以移动，使得第二连杆620在随着上臂部分200围绕固定点300向下旋转而朝向固定点平移的同时旋转。

换而言之，第三点623与连接第一点621和第二点622的直线间隔开，使得第一点621，第二点622和第三点623形成三角形，并且第二连杆620由第一点621和第二点622的移动引导，因此随着第一点621和第二点622的移动被引导，在第二连杆620中产生了与平移移动一起的旋转运动，从而引导第三点623的位置。

特别地，当上臂部分200在相对于地面的大于预定角度的角度范围内围绕固定点300向下旋转时，第二连杆620可以在第三点623远离上臂部分200的第一端的方向上旋转。

因此，随着上臂部分200在大于预定角度的角度范围内接近预定角度，弹性体500的变形增加。因此，上臂部分200与基础部分100之间的旋转扭矩迅速增加。

此外，当上臂部分200在相对于地面的小于预定角度的角度范围内围绕固定点300向下旋转时，第二连杆620可以在第三点623接近上臂部分200的第一端的方向上旋转。

因此，随着上臂部分200在小于预定角度的角度范围内远离预定角度，弹性体500的变形减小。因此，上臂部分200与基础部分100之间的旋转扭矩迅速减小。

在实施方案中，第二连杆620的第三点623可以位于连接第一点621和第二点622的直线上方，并且当上臂部分200围绕固定点300向下旋转时，第二连杆620的第一点621可以在朝向固定点移动的同时向下移动，然后可以向上移动，并且第二点622在朝向固定点移动的同时可以逐渐快速地向下移动。

特别地，第二连杆620的第三点623可以定位在连接作用点400和弹性体500的第一端的直线上方的位置处。

特别地，在上臂部分200在大于相对于地面的预定角度的角度范围内的情况下，第二连杆620的第一点621可以在朝向固定点移动的同时向下移动，而且第二点622可以在朝向固定点移动的同时逐渐向下移动。从而，随着第二连杆620朝向固定点移动，第三点623在远离弹性体500的第一端的方向上旋转，以增加第二连杆620的平移运动的效果，并且因此，弹性体500的弹性力可以迅速增加。

相反，在上臂部分200在小于相对于地面的预定角度的角度范围内的情况下，第二连杆620的第一点621可以在朝向固定点移动的同时向上移动，而且第二点622可以在朝向固定点移动的同时快速向下移动。从而，随着第二连杆620朝向固定点移动，第三点623在接近弹性体500的第一端的方向上旋转，以抵消或减小第二连杆620的平移运动的影响，并且因此，可以缓慢增加弹性体500的弹性力。

图7是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块的内部的放大图。

进一步参考图7，第三连杆630进一步可以包括微型开关670，当第三连杆630围绕第一端旋转时，该微型开关670操作为接地或不接地，其中微型开关670可以通过设置在上臂部分200中的连接器671联接到外部设备A。

微型开关670可以经由上臂部分200内部的接线连接到连接器671。

微型开关670可以计数接地或不接地的次数。连接器可以设置成从上臂部分200的上部或下部露出。因此，外部设备A可以容易地连接至暴露在上臂部分200外部的连接器671，并且可以根据需要计算上臂部分200旋转的次数。

作为另一个实施方案，微型开关670可以设置在第四连杆640处，以便响应于第四连杆640的旋转而接地或不接地。

图8是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块的外部的主视图；以及图9是示出根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块的锁定机构800被释放的状态的视图。

参考图8至图9，上臂模块进一步可以包括可旋转部分700，所述可旋转部分700围绕固定点300相对可旋转地联接至基础部分100，并且构造为使得可旋转部分700相对于基础部分100的旋转在被锁定机构800锁定时受到限制，其中，第一连杆610在作用点400处可旋转地联接到可旋转部分700，使得当可旋转部分相对于基础部分100旋转时，连接连杆610、620、630、640、650和660以及上臂部分200同时旋转。

换而言之，第一连杆610的第一端可以直接联接至基础部分100，或者可以经由可旋转部分700联接至基础部分100。

可旋转部分700联接至基础部分100以围绕固定点300可旋转，可旋转部分700相对于基础部分100的旋转在被锁定机构800锁定时受到限制，并且当锁定机构800的锁定状态释放时，可旋转部分可以相对于基础部分100自由地旋转。

锁定机构800可以允许可旋转部分700在多个旋转角度点处被锁定到基础部分100。可旋转部分700可以在多个旋转角度点处锁定到基础部分100，并且当可旋转部分700相对于基础部分100围绕固定点300旋转时，连接连杆610、620、630、640、650和660，以及上臂部分200与可旋转部分700一起同时旋转，从而具有使施加到上臂部分200的旋转扭矩的扭矩轮廓移动的效果。

换而言之，存在扭矩轮廓在包括最大旋转扭矩的预定角度的整个角度范围内移动的效果。因此，形成扭矩轮廓的角度范围根据穿戴者的期望而变化，以便以期望的角度实现旋转扭矩。

特别地，锁定机构800可滑动地联接至基础部分100，并且可旋转部分700设置有在相对于基础部分100的旋转方向上彼此间隔开的多个联接槽710，其中，锁定机构800插入联接槽710中并与其接合，因此可以限制可旋转部分700相对于基础部分100的旋转。

锁定机构800可以在通过基础部分100形成的滑动槽110中滑动，以与可旋转部分700的联接槽710接合或从联接槽710释放。可以在锁定机构800通过具有弹性力的单独的弹性体(未示出)插入到联接槽710中的方向上施加弹性力。

基础部分100和上臂部分200可以进一步包括支撑件230，所述支撑件230设置在穿戴者的上臂的外侧并且在上臂部分200中从穿戴者的上臂向内延伸以包裹穿戴者的上臂的下部。

穿戴者的上臂可以由支撑件230支撑在其下，因此，施加到上臂部分200的旋转扭矩可以稳定地施加到穿戴者的上臂。

图10是示出根据本发明的另一个实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块的内部的视图。

如图10所示，根据本发明的另一个实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块可以包括基础部分100，上臂部分200，第一连杆610，第二连杆620，第三连杆630和弹性体500，不包括第四连杆640的构造。

换而言之，另一个实施方案不包括引导第一连杆610的第二端或者直接引导第二连杆620的第一点621的第四连杆640的构造，并且第一连杆610的第二端和第二连杆620的第一点621可以定位在弹性体500的变形在围绕第一连杆610的第一端旋转的同时最小化的位置处。

据此，由于不能直接引导第二连杆620的第一点621，因此弹性体500的旋转扭矩轮廓和变形轮廓是可变化的，但是可以等同地实现根据本发明的效果。

图11是示出根据本发明的实施方案的包括上臂模块的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的后视图。

参考图11，包括根据本发明的实施方案的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000的上臂模块的可穿戴式肌肉力量辅助装置1000可以构造为使得基础部分100通过多个紧固机构联接到穿戴者的躯干。

特别地，可穿戴式肌肉力量辅助装置包括通过束带等联接到穿戴者的肩膀、腰部等的紧固机构，并且本发明的上臂模块通过紧固机构联接到穿戴者的躯干以固定至穿戴者的躯干。

特别地，基础部分100可以联接至多个紧固机构，以围绕在穿戴者的上下方向上延伸的旋转轴900可旋转。

旋转轴900可以通过联接到多个紧固机构而固定到穿戴者的躯干，设置在穿戴者的背部，并且在上下方向上延伸。基础部分100可以可旋转地联接到设置在穿戴者的背部的旋转轴900，并且可以从旋转轴900延伸到穿戴者的上臂的外侧。

因此，穿戴者可以使上臂向上或向下旋转，并且还可以自由地进行内部旋转和外展运动。

尽管出于说明的目的已公开了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员应当理解，各种修改、增加和删减是可能的，并不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。

Claims (15)

1.一种可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，所述上臂模块包括：

基础部分，其固定地连接到穿戴者的身体，所述基础部分定位成与穿戴者的上臂的上端部相对应；

上臂部分，所述上臂部分构造成使得其第一端联接至所述基础部分以绕固定点能够旋转，所述上臂部分延伸成与穿戴者的上臂相对应，所述上臂部分联接至穿戴者的上臂以对穿戴者的上臂施加旋转扭矩；

第一连杆，所述第一连杆构造为使得其第一端在与固定点间隔开的作用点处能够旋转地联接至所述基础部分；

第二连杆，其在所述上臂部分延伸的平面上延伸，所述第二连杆在第一点处能够旋转地联接至所述第一连杆的第二端；

第三连杆，其在与所述第二连杆的第一点间隔开的第二点处联接至所述第二连杆，以引导第二点的移动；以及

弹性体，所述弹性体构造为使得其第一端在所述上臂部分的延伸方向上在与所述上臂部分的第一端间隔开的位置处联接至所述上臂部分，所述弹性体的第二端在与所述第二连杆的第一点和第二点间隔开的第三点处联接至所述第二连杆，并且通过变形产生弹性力，

其中，所述第三连杆构造成使得其第一端能够旋转地联接至所述上臂部分，所述第三连杆的第二端在与所述第二连杆的第一点间隔开的第二点处能够旋转地联接至所述第二连杆。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，进一步包括：

第四连杆，所述第四连杆构造成使得其第一端能够旋转地联接至所述上臂部分，所述第四连杆的第二端在与所述第一连杆的第一端间隔开的位置处能够旋转地联接至所述第一连杆。

3.根据权利要求2所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，其中，所述第四连杆的第二端在所述第二连杆的第一点处同时联接到所述第一连杆和所述第二连杆。

4.根据权利要求1所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，其中，所述第三连杆进一步包括微型开关，所述微型开关在所述第三连杆围绕该第三连杆的第一端旋转时操作为接地或不接地，

其中，所述微型开关通过设置在所述上臂部分中的连接器联接到外部设备。

5.根据权利要求1所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，其中，所述作用点在所述固定点上方的位置处设置在所述基础部分中，因此从所述固定点到所述作用点的方向是从地面向上倾斜的方向。

6.根据权利要求1所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，进一步包括：

第五连杆，所述第五连杆构造为使得其第一端在所述第二连杆和所述弹性体之间能够旋转地联接至所述第二连杆，所述第五连杆的第二端联接至所述弹性体的第二端；以及

第六连杆，所述第六连杆构造为使得其第一端在所述弹性体和所述上臂部分之间能够旋转地联接至所述上臂部分，所述第六连杆的第二端联接至所述弹性体的第一端。

7.根据权利要求6所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，其中，所述弹性体由多个弹簧构成，所述弹性体的相对端分别联接到所述第五连杆和所述第六连杆，所述第五连杆的第二端和所述第六连杆的第二端沿多个弹簧设置的方向延伸。

8.根据权利要求1所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，其中，由所述弹性体的弹性力产生的旋转扭矩随着所述上臂部分围绕所述固定点旋转而变化，并且所述弹性体的弹性力具有这样的轮廓，其中随着所述上臂部分相对于所述基础部分向下旋转，旋转扭矩的大小逐渐增大，且相对于地面以预定角度具有最大值，然后再次减小。

9.根据权利要求1所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，其中，所述第二连杆的第三点与连接第一点和第二点的直线间隔开，使得第一点、第二点和第三点形成三角形；所述第二连杆的第一点和第二点移动，使得所述第二连杆在随着所述上臂部分围绕所述固定点向下旋转而朝向固定点平移的同时旋转。

10.根据权利要求9所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，其中，当所述上臂部分在相对于地面的大于预定角度的角度范围内围绕所述固定点向下旋转时，所述第二连杆在第三点远离所述上臂部分的第一端的方向上旋转。

11.根据权利要求9所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，其中，当所述上臂部分在相对于地面的小于预定角度的角度范围内围绕固定点向下旋转时，所述第二连杆在第三点接近所述上臂部分的第一端的方向上旋转。

12.根据权利要求9所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，其中，所述第二连杆的第三点位于连接第一点和第二点的直线上方，当所述上臂部分围绕固定点向下旋转时，第二连杆的第一点在朝向固定点移动的同时向下移动然后向上移动，所述第二点在朝向固定点移动的同时逐渐快速地向下移动。

13.根据权利要求1所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，进一步包括：

可旋转部分，所述可旋转部分围绕固定点能够相对旋转地联接至所述基础部分，所述可旋转部分构造为使得可旋转部分相对于基础部分的旋转在被锁定机构锁定时受到限制，

其中，所述第一连杆在作用点处能够旋转地联接到所述可旋转部分，使得当所述可旋转部分相对于所述基础部分旋转时，所述第一连杆和所述上臂部分同时旋转。

14.根据权利要求13所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，其中，所述锁定机构允许所述可旋转部分在多个旋转角度点处锁定到所述基础部分。

15.一种可穿戴式肌肉力量辅助装置，其包括根据权利要求1所述的可穿戴式肌肉力量辅助装置的上臂模块，所述可穿戴式肌肉力量辅助装置构造为使得所述基础部分通过多个紧固机构联接至穿戴者的躯干。