CN114746050A - 用于引导目标关节的运动的系统 - Google Patents

Abstract

公开了目标身体的目标关节的运动引导装置的实例。所述装置允许围绕与所述目标关节的旋转中心大致对齐的远程旋转中心进行三自由度(DOF)运动。所述装置包括可调节地连接到所述目标身体的基座和与联接件网络互连的三个旋转关节。所述联接件网络的一端连接到所述基座，并且相对端连接到执行器板。所述三个旋转关节中的至少一个不与所述目标关节的运动轴线对齐，并且这些旋转关节中的任何一个可以相对于其他旋转关节定位成一定角度。所述旋转关节中的每一个提供一个围绕各自轴线旋转运动的自由度，并且所述三个旋转关节的每个轴线在所述远程旋转中心处相交。所述联接件网络的几何形状是可调节的，以在三个维度上调节所述远程旋转中心的位置。所述三个旋转关节和所述联接件网络使所述执行器板围绕与所述目标关节的旋转中心大致对齐的所述远程旋转中心旋转。所述系统可以与一个或多个平行分支连接以进行额外的致动。

Description

用于引导目标关节的运动的系统

技术领域

本发明涉及一种用于引导三自由度旋转关节或关节系统的运动的系统以及用于跟踪和/或致动目标身体的运动的运动系统，其采用运动引导装置来辅助目标身体的运动。

背景技术

除非本文另有说明，否则本节中描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术，并且不因包含在本节中而被承认为为现有技术。

在医疗外骨骼应用方面，2013年估计有20,639,200(7.1％)的非机构化美国居民患有行走障碍，而2012年有约2,512,800(7.2％)的加拿大人报告了行动障碍。这些残疾的成本估计为每年相当于3750亿美元的家庭护理人员支持，此外还会给患者和医疗保健系统带来巨大的经济和社会负担。

一项旨在减少这一健康问题并改善患者生活质量的新兴技术是动力下半身外骨骼：可穿戴机器人系统完全或部分支撑用户的重量并提供受控的腿部运动指导，从而使用户能够站立和行走。与使用轮椅和其他传统方式相比，该解决方案具有优势，因为它还可以帮助减少因不动而导致的继发并发症，诸如肺炎、血栓、褥疮和自尊心降低。然而，当前外骨骼技术的一个主要缺点是髋关节和踝关节的运动范围有限，在人体中它们都能够实现三个旋转自由度(DOF)。通常，目前的技术使用三个旋转元件，每个旋转元件对应于三种运动(屈曲/伸展、外展/内收、内/外旋转，如图1所示)中的一种，其中每个关节轴线垂直于它之前的轴线，并且具有与这些运动之一在相同方向上运行的轴线。然而，髋关节的内/外旋转轴线是竖直的，在靠近臀部的区域穿过躯干和腿的内部，因此任何机械部件都无法直接对齐。通常，为了克服这个问题，可以将用于内/外旋转的旋转元件转移到沿相同方向运行但不与髋关节相交的关节。这可以允许系统具有3自由度，但不能围绕单个中心点(因为关节轴线不会全部在一个点相交)，并且因此，装置的运动与用户的运动不匹配。替代地，该系统可以采用能够在身体内产生远程旋转中心的更复杂的关节。这可以允许系统具有三个纯旋转自由度，如在共同未决的国际申请号PCT/CA2019/050640(公开号WO2019/218056)中公开的，然而这种远程定心机构/关节的系统更复杂。

发明内容

在一个方面，提供了一种运动引导装置，其允许围绕与目标身体的目标关节的旋转中心大致对齐的远程旋转中心进行三自由度(DOF)运动。所述装置包括通过基座联接件和基座矫形结构连接到所述目标身体的基座结构，与联接件网络互连的三个旋转关节，使得联接件网络不会机械干扰所述目标身体，以及所述连接网络的一端连接到所述基座结构。至少一个旋转关节与目标关节的运动轴线不对齐。每个旋转关节提供一个围绕相应轴线旋转运动的自由度，使得三个旋转关节的每个轴线在远程旋转中心相交。联接件网络的几何形状是可调节的，以在三个维度上调节远程旋转中心的位置。该装置还包括在另一端附接至联接件网络的执行器板，使得执行器板的附接点可通过板调节系统调节。执行器板通过可调节板矫形系统连接到目标点，使得执行器板和目标身体的连接点与基座结构和目标身体之间的连接点间隔开。三个旋转关节和联接件网络使得执行器板围绕与目标关节的旋转中心大致对齐的远程旋转中心旋转。

在另一方面，至少一个旋转关节是致动至少一个旋转关节的旋转致动器。运动引导装置还包括控制器，控制器包括输入单元、处理单元和输出单元。输出单元与至少一个旋转致动器可操作地联接以指导运动引导装置的运动。还提供了多个传感器，以测量三个关节或联接件网络的位置和/或方向，以及作用在联接件(linkage,连杆)和关节之间的力/扭矩以及作用在运动引导装置与其环境之间的力/扭矩。

在又一方面，运动引导装置包括至少一个致动器分支，该致动器分支在一端在第一附接点处可操作地联接到的联接件网络中的一个联接件并且在相对端处在第二附接点处。至少一个致动器分支包括至少一个旋转致动器、一个或多个旋转关节和联接件系统。至少一个致动器分支被配置为致动执行器板和3个旋转关节中的至少一个中的运动。

在一方面，致动器分支的第二附接点将致动器分支连接到基座结构。

在另一方面，提供了至少一个附加致动器分支。至少一个附加致动器分支在一端在第一附接点处可操作地联接到联接件网络中的一个联接件并且在相对端在第二附接点处。至少一个附加致动器分支包括至少一个旋转致动器、一个或多个旋转关节和联接件系统，并且被配置成致动执行器板和3个旋转关节中的至少一个中的运动。

在又一方面，提供了一种运动引导辅助系统。该系统包括本发明的运动引导装置、与所述运动引导装置串联连接的至少一个附加关节系统以及与所述运动引导装置和所述至少一个附加关节系统通信的控制器。所述控制器被配置成致动和协调所述运动引导装置和所述至少一个附加关节系统的运动。

除了上述方面和实施方式之外，通过参考附图和研究以下详细描述，其他方面和实施方式将变得显而易见。

附图说明

图1是用户的透视图，示出了髋关节的运动轴线。

图2是安装到用户的运动引导装置的实例的透视图，具有三个旋转关节以允许围绕与用户髋关节的旋转中心对齐的旋转中心进行三自由度运动。

图3是图2的运动引导装置的立体图，示出了用于调节旋转关节相对于运动引导装置的基座的位置的调节机构。

图4是具有不同几何形状和位置的旋转关节的运动引导装置的另一实施例的透视图。

图5是示出了运动引导装置的整体结构的机械示意图1。

图6是具有三个旋转致动器的运动引导装置的实施方式的实例的透视图。

图7是具有两个旋转致动器和一个旋转关节以及用于间接致动旋转关节的平行分支的运动引导装置的另一实施方式的实例的透视图。

图8是图7的运动引导装置的透视图，示出了连接到基座的背包单元。

图9是图7的运动引导装置的结构的机械示意图。

图10示出了安装到用户并从用户的背面观看的运动引导装置的实施方式的实例。

图11是图10的运动引导装置的透视图，示出了用户的前右侧。

图12是运动引导装置的一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有平行的分支致动系统，其在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到基座结构，并且被配置为间接致动运动引导装置。

图13是运动引导装置的一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有用于间接致动运动引导装置的两个平行的分支致动系统，两个平行的分支致动系统中的每一个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到基座结构。

图14是运动引导装置的另一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有两个平行的分支致动系统，两个平行的分支致动系统中的每一个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到基座结构。

图15是运动引导装置的另一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有两个平行的分支致动系统，两个平行的分支致动系统中的每一个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到基座结构。

图16是运动引导装置的另一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有一个平行的分支致动系统，其在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到基座结构。

图17是运动引导装置的另一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有一个平行的分支致动系统，其在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到运动引导装置的另一个联接件。

图18是运动引导装置的另一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有两个平行的分支致动系统，两个平行的分支致动系统中的每一个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到运动引导装置的另一个联接件。

图19是运动引导装置的另一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有三个平行的分支致动系统，三个平行的分支致动系统中的每一个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到基座结构。

图20是运动引导装置的另一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有三个平行的分支致动系统，三个平行的分支致动系统中的两个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到基座结构，并且三个平行的分支致动系统中的一个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到运动引导装置的另一个联接件。

图21是运动引导装置的另一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有两个平行的分支致动系统，两个平行的分支致动系统中的一个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到基座结构，并且两个平行的分支致动系统中的一个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到运动引导装置的另一个联接件。

图22是运动引导装置的另一个实施方式的结构的机械示意图，该运动引导装置具有三个平行的分支致动系统，三个平行的分支致动系统中的一个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到基座结构，并且三个平行的分支致动系统中的两个在一端连接到运动引导装置的联接件并且在相对端连接到运动引导装置的另一个联接件。

图23是运动引导装置的另一个实施方式的实例的透视图。

图24是运动引导装置的又一个实施方式的实例的透视图。

图25示出了运动引导辅助系统的实施方式的实例，该系统采用安装在用户的一条腿上的多于一个运动引导装置并从用户的背部观察。

图26示出了运动引导辅助系统的实施方式的实例，该系统采用安装在用户的两条腿上的多于一个运动引导装置并从用户的背部观察。

图27是图26的运动引导辅助系统的透视前视图。

图28示出了从背部观察的采用多于一个运动引导装置的运动引导辅助系统的实施方式的实例，该运动引导辅助系统包括两条腿的下半身外骨骼。

图29是图28的运动引导辅助系统的透视前视图。

具体实施方式

本申请公开了一种运动引导装置，其仅使用旋转关节，同时通过改变关节的角度和方向，使得没有一个关节会干扰身体，但仍然在目标关节处相交，从而仍允许在髋部进行纯球形运动。可以消除关于对齐和垂直的限制，旋转关节不一定需要与特定运动对齐或垂直于其他关节，从而允许潜在的紧凑、稳固和可穿戴的球形运动结构。本公开的运动引导装置可用于致动或跟踪包含三自由度(DOF)球窝关节或准球窝关节的目标身体的运动。该装置通常可以是载荷的，也就是说它可以将施加在系统的一个点上的某些力传递到装置上的另一点，并且可以与附加的被动或主动关节装置串联连接，以致动或跟踪其他目标关节的运动。本申请的运动引导装置可以通过产生远程旋转中心来提供上述功能，该远程旋转中心可以与目标关节旋转中心(大致)对齐，使得对于某些几何形状和某些运动范围，运动引导装置的关节和联接件系统不会机械干扰目标身体的元件。运动引导装置的实施方式可以充当髋关节外骨骼模块，该模块可以跟踪/致动髋关节的三个自由度而不干扰用户的身体(对于特定运动)。上述运动引导装置的实施方式可以与附加的致动结构/系统串联互连，以致动佩戴者身体中的其他关节。

为了说明起见，提出的实施方式的旋转中心将被认为与用户的目标关节的旋转中心对齐，尽管这可能不一定是实际情况。将呈现用于这些装置的各种实施方式的串联和并联的几种可能的致动方案，并且下文将讨论另外的致动方案。就本文档而言，关于主体(或系统)“干扰”或表现出“机械干扰”或“干扰”另一主体的声明通常描述了这两个物体或主体在某些情况下彼此相交或碰撞的情况。本文使用的术语主体可以表示任何物理对象或实体。这也可适用于多个主体的系统，其中“干扰”可能构成一个系统的一个或多个物体，其与可能构成另一个系统或属于另一个系统的一部分的一个或多个其他主体相交或影响后者。通常，图中所示的特定组件仅用于说明目的，并不意味着必须在尺寸、几何形状或任何特定方面表示真实的特性或尺寸。为了本申请的目的，如果关节或系统的所有自由度都受到控制或致动，则关节或装置或系统被称为主动的。如果关节或装置或系统的至少一个但不是所有自由度受到控制或致动，则关节或装置或系统被称为半主动的。如果没有关节或装置或系统的自由度被控制或致动，则关节或装置或系统被称为被动的。除非另有说明，否则关节通常是被动的。在本申请中，术语“外骨骼”可用于指代本文档中出现的任何装置/结构/系统。

图1图示了随后图中呈现的任何系统的一般用户(或佩戴者)。出于本说明书的示例目的，用户右髋关节的旋转中心平均被认为位于点1。轴线2、3和4的运动称为屈曲/伸展、外展/内收和内/外旋转，并且旨在涵盖髋关节的3自由度旋转能力。此外，轴线2、3和4在平均髋关节旋转中心1处相交。清楚起见，轴线2是水平的，并且从右到左对齐穿过身体。轴线3是水平的，但从前到后对齐通过身体。轴线4是竖直的。此外，用户的身体被认为包括多个部分，诸如躯干5、大腿6、小腿7和脚8。左腿和左髋关节旋转中心被认为与右腿对称。出于本申请的目的，用户的“中立位置”通常是类似于图1所示的姿势。某些装置可能被呈现为仅佩戴在用户的右侧或左侧，然而，本领域技术人员可以理解类似(并且可能是镜像或相反)结构的系统可以应用于相反侧。

图2图示了允许围绕旋转中心21的三个自由度运动的运动引导装置1000，旋转中心21可以与用户髋关节的旋转中心1(图1)(大致)对齐。装置1000包括附接到联接件10的基座9。基座9具有多个接口位置，并且因此，基座9和联接件10的附接点可以通过断开联接件10的附接并在沿一个轴线的不同位置点处将其固定到基座9上来调节。联接件10通过第一旋转关节11附接到联接件12。联接件12又通过第二旋转关节13附接到联接件14。然后联接件14通过第三旋转关节15附接到联接件16。联接件16刚性地附接到执行器板18，使得附接的位置可以通过调节机构来调节，该调节机构可以类似于允许在基座9和联接件10之间进行调节的机构。例如，调节机构可以是图3中所示的轨道机构25或任何其他合适的调节机构。基座结构9通过矫形结构20连接到用户的躯干。执行器板18通过矫形结构19和可调节的联接件17连接到用户的大腿。旋转关节11、13和15各自分别提供一个围绕轴线22、23和24旋转运动的自由度，并且每个轴线22、23和24都通过旋转中心21，使得这些旋转关节的轴线在该共同点21处相交。此外，联接件12、14和16的整体几何形状可以是可调节的，使得旋转中心21可以在三个维度上进行调节。可以看出，如该图示中所示，旋转关节11、13和15的位置以及联接件12、14和16的几何形状允许用户佩戴该装置而不会干扰用户的身体(对于某些姿势/位置)。轴线22、23和24不限于相对于彼此的任何特定方向并且可以具有许多配置(例如，轴线可以是非正交的)。将联接件12、14、10和16连接到它们各自的相邻组件(不包括附接至用户)的关节仅包括单自由度旋转关节(关节11、13和15)，并且在运动引导装置1000中不采用自身产生远程旋转中心的曲线关节。此外，当处于中立位置(图1中描绘的位置)时，关节轴线22、23和24均没有被限制为必须与图1的生物运动轴线2、3和4(分别是髋关节屈曲/伸展、外展/内收、内/外旋转的轴线)对齐，尽管这可能在一些实施方式中发生。装置1000允许执行器板18围绕旋转中心21以三个自由度旋转，以实现目标关节(即髋关节)可获得的完整运动集或此类运动的子集。另外，装置1000可以将执行器板18限制为围绕旋转中心21旋转并禁止其他形式的运动，例如相对于基座9的上/下或侧向平移运动。尽管轴线22、23或24均未与目标关节轴线2、3或4对齐，但装置1000可允许目标关节(例如髋关节)处的屈曲/伸展、外展/内收和内/外旋转,并且装置1000的各种旋转关节和联接件的位置和几何形状允许佩戴它而不会对用户的身体造成干扰。通过将旋转关节11、13和15放置在与生物轴线2、3和4(见图1)不重合的位置并且不将这些关节限制为相互正交，可以防止机械干扰。

图3示出了运动引导装置1000的另一视图，显示了在图2的视图中隐藏的调节机构25。

图4示出了运动引导装置5000，它是系统1000的一个实施方式，其中旋转关节28、30和32的位置以及联接件29、31和33的几何形状不同于图2所示的装置1000的描绘的各个关节和联接件的位置和几何形状。在图4所示的中立位置，旋转关节30的旋转轴线40与髋关节的外展/内收运动的轴线3(见图1)重合，并且旋转关节32的旋转轴线41与弯曲/伸展运动的轴线2(见图1)一致(尽管并非所有姿势都如此)。旋转关节28的旋转轴线39与髋关节的标准生物运动的轴线2、3或4(见图1)中的任何一个都不重合，并且不与轴线30正交。另外，轴线39不垂直于身体的横向平面。轴线40和41正交。装置5000允许(并限制)执行器板35围绕旋转中心38以三个自由度旋转以用于特定运动集而不干扰用户的身体。装置5000提供的允许运动以及装置5000的其他特性(诸如所需的机械组件空间)与图2的装置1000相比是不同的，并且可能更适合于一些应用，诸如，例如，当需要大运动范围来进行具有对齐关节的运动之一(例如屈曲/伸展)时。装置5000可以允许目标关节(例如，髋关节)的内/外旋转，尽管关节28、30和32均不与内/外旋转运动的轴线4(见图1)对齐。此外，将该关节28与轴线4成一角度放置允许穿戴(通过矫形系统36和37)装置而不会干扰用户的身体。

图5示出了显示运动引导装置1000及其各种实施方式(诸如运动引导装置5000)的总体结构的简化示意图。联接件42(分别类似于装置1000、5000的联接件10和27)连接基座(图中未示出)和旋转关节43(分别类似于装置1000、5000的旋转关节11和28)。旋转关节43通过联接件44连接到旋转关节45。旋转关节45类似于装置1000、5000的旋转关节13和30，而联接件44分别类似于装置1000、5000的联接件12和29。旋转关节45然后通过联接件46(分别类似于装置1000、5000的联接件14和31)连接到旋转关节47(类似于装置1000、5000的旋转关节15和32)。旋转关节47然后连接到执行器联接件48。执行器联接件48然后通过接口49连接到用户的大腿6。虽然被称为执行器联接件，但执行器联接件48也可以包括执行器板(它可以作为接口49的附接点)，为清楚起见其已省略(因为它刚性连接到执行器联接件)。通常，在整个文件中，对连接到执行器联接件48的组件的描述还可以包括所述组件连接在这种执行器板上的可能性。为简单起见，在本文档中，执行器联接件48可以称为联接件。装置1000的联接件16和执行器板18一起类似于执行器联接件48，装置5000的联接件33和35也是如此。装置1000的可调节联接件17和矫形系统19一起类似于连接49，装置5000的可调节联接件34和矫形系统36也是如此。

旋转关节43、45和47分别具有旋转轴线50、51和52，它们在与用户的平均髋关节中心1(见图1)大致对齐的点53处相交。因此，执行器联接件48可以围绕点53以3自由度旋转。一般而言，各种联接件可以具有不同的几何形状，前提是：旋转关节43、45和47的每个关节轴线50、51和52在点53(与用户平均髋关节中心1大致对齐)处相交；在目标工作空间内，轴线50、51或52中的任何一个均不会与其他的彼此重合；轴线50、51和52在任何点都不与目标工作空间内的单个平面重合；并且该运动引导装置可避免干扰目标身体，且在机械上可行。图5中所示的各种联接件和关节的尺寸仅用于说明目的，并不意味着展示除所述那些之外的任何特定几何关系。

三个连续旋转关节(43、45和47)的位置和对齐不限于彼此正交，也不与预先定义的运动轴线(诸如图1的运动轴线2、3和4)重合，并且所涉及的联接件44、46和48的几何形状不受限制。因此，本领域技术人员可以理解，运动引导装置1000、5000可以具有适合于允许执行器板围绕远程旋转中心(其可以与目标关节的旋转中心对齐)同时避免对于特定运动集对用户的机械干扰的任何几何形状，并且所有这样的结构都在本发明的范围内。上述旋转关节的轴线不需要保持正交或与任何标准生物轴线重合(例如，关节轴线可以相对于前一个关节轴线形成锐角或钝角)，这允许配置不对用户的身体造成干扰。一般来说，三个旋转关节中的至少一个可以保持对齐(在中立位置)，其与目标关节的轴线2、3和4中的任何一个(见图1)不重合，以防止干扰用户。例如，在装置5000的替代实施方式中，旋转关节30、B8的旋转轴线40和41可能不完全正交和/或可能通过缩短和/或改变联接件27、29、31和33而与目标关节的轴线3和2不一致。由于运动引导装置1000、5000仅采用单自由度旋转关节(而不是曲线关节或远程定心结构)，因此与使用其他关节类型的替代品相比，这种运动引导装置在尺寸、重量、稳固性或其他方面具有优势。此外，由于运动引导装置1000、5000约束末端执行器48以可以与目标关节(例如髋关节中心)紧密对齐的球形运动移动，因此与不产生单个旋转中心的结构相比，这种运动引导系统可以潜在地展示关于运动范围和/或在可穿戴应用中的可用性(和/或其他方面)的某些优势。在一个实施方式中，运动引导装置1000、5000和/或此类装置的任何可能的替代实施方式可以在外骨骼装置内采用，该外骨骼装置在多个目标关节处引导或辅助用户(佩戴运动引导装置)的运动。在另一个实施方式中，装置1000、5000可以包括在可穿戴运动捕捉装置中，其中可以将若干传感器添加到关节以测量各种联接件和附接的主体(以及，通过扩展，用户的目标关节)的方向。在其他实施方式中，运动引导装置1000、5000可以用作任何主动、被动或半主动可穿戴装置的一部分。在上述任何装置的旋转中心与用户目标关节的平均旋转中心1不一致的情况下，可以使用户和矫形器之间的连接有顺应性，以解决这种错位。

可以通过在关节中包括致动器或通过添加连接到任何联接件或关节的平行分支来使本发明的运动引导装置完全或部分地主动，从而可以串联或并联致动运动引导装置。在运动引导装置1000或5000的一些实施方式中，一些旋转关节可以用致动的旋转关节(或具有传感元件的旋转关节)代替，和/或任何联接件可以连接到附加的联接件系统，以达到提供致动或传感的目的。

图6示出了用于引导目标关节(诸如用户髋关节)的运动的运动引导装置7000，其采用运动引导装置1000的实施方式，其中装置1000的旋转关节11、13、15已经被旋转致动器56、58和60代替。每个致动器的旋转轴线与它所代替的相应旋转关节的旋转轴线对齐，并且联接件已相应修改以适应致动器，形成主动串联髋关节外骨骼运动装置7000。基座结构54通过联接件55连接到致动器56。然后致动器56通过联接件57连接到致动器58。然后致动器58通过联接件59连接到致动器60。然后致动器60通过联接件61连接到执行器板63。基座55和执行器板63二者通过一组矫形件71和64附接到用户的身体，其中后者通过可调节的联接件连接到执行器板63。装置7000保持与装置1000的旋转中心21相似的旋转中心，并且与用户髋关节的旋转中心1(大致)对齐。

装置7000还包括控制系统65，其可以包含输入单元、处理单元和输出单元。控制器65的输出单元可以包括致动器的驱动器。致动器56、58和60中的每一个都与控制系统65的输出单元通信。控制器65可以机载地放置在装置7000上或可以非机载地放置在分离的结构上。此外，致动器56、58和60中的每一个可以具有与控制系统65通信多个传感器，以获得致动器的反馈。致动器56、58和60中的每一个的输入/输出连接分别分组为通用连接66、67和68。控制系统65可以进一步通过连接70连接到用户界面系统69。用户(佩戴者)可以使用用户界面系统69输入命令，并且控制系统65基于这样的输入命令指导致动器56、58和60执行特定的运动(具有由传感器的数量产生的反馈)。装置7000允许用户目标关节的三个自由度定位并且是载荷的，因为在系统的一个点施加的某些力可以传递到系统上的另外的点，而不必通过用户的身体传递。

基座54和联接件55之间的连接可以是可调节的，使得连接点可以使用轨道机构72或任何其他类型的调节机构相对于基座54以最多三个自由度移动。联接件55、57、59和61可以通过类似的轨道机构或任何其他调节机构具有可调节的几何形状。这些调节机构可以允许相对于基座54在最高达三个维度上调节旋转中心。用户界面系统69可以包括触摸屏装置、操纵杆和/或按钮，用户可以通过其来命令装置。另外(或替代地)，用户界面可以包括用于用户意图检测的任何其他传感器，例如惯性测量单元、EMG(肌电图)传感器、EEG(脑电图)传感器和/或负载传感器。例如，在一个实施方式中，EEG传感器可用于监测用户的大脑活动并基于这些信号触发运动。在另一个实施方式中，可以使用IMU(惯性测量单元)来测量躯干的倾斜度以预测用户意图并触发步态动作。此外，IMU传感器、旋转编码器、应变仪或任何其他类型的传感器也可以集成到装置中，以便于装置控制。此外，该装置可以包含刚性附接到基座54的“背包”单元，其中可以放置各种系统组件，诸如控制器65或任何附加组件(例如，电池)。致动器56、58和60可以是电动的、液压的、气动的或任何其他类型的。虽然装置7000提供运动引导功能，但是本领域技术人员将理解装置7000也可以提供运动辅助功能。在装置7000被用作具有一些程度的肌肉控制的个体的增强装置的情况下，该装置可以替代地是半主动的并且对应于不需要辅助的任何自由度的致动器56、58或60中的一个或两个可以被移除并用被动关节代替。任选地，对于半主动情况，然后可以将传感器组添加到被动关节以监测该关节的运动。本领域技术人员将理解，装置7000的替代实施方式可以应用于其他生物(目标)关节，只要这些实施方式的基本配置允许装置提供围绕可以与目标关节的旋转中心(大约)对齐的旋转中心的三个旋转自由度，并且不会关于该关节(用于目标运动)对用户的身体造成机械干扰，并且所有这样的实施方式和使用也在本申请的范围内。

图7示出了用于使用运动引导装置1000的实施方式来引导用户的目标关节的运动的另一装置9000(被描绘为运动引导装置5000)。装置9000包括旋转致动器75和79、旋转关节77和基座73。基座73可以包括轨道101并连接到安装部74。基座73和安装部74之间的连接点可以调节,使得它可能位于沿轨道的多个点中的任何一个。安装部74连接到致动器75的一侧，致动器75连接到联接件76，联接件76然后通过关节77连接到联接件78。联接件78然后通过致动器79连接到联接件80。联接件80然后刚性附接到执行器板81上，使得可以调节附接点。致动器75和79的旋转轴线以及关节77的轴线在旋转中心90处相交，旋转中心90可以与用户目标关节的点1(大约)对齐。基座结构73通过矫形系统86连接到用户的躯干，并且执行器板81通过矫形系统83和可调联接件82连接到用户的大腿。装置9000进一步通过并联分支间接致动，该并联分支包括连接到安装部84的致动器85(安装部84通过安装部74连接到基座73)。致动器85然后连接到联接件87，联接件87又通过球形关节88连接到联接件89。联接件89然后通过球形关节91连接到运动引导装置的联接件78。因此，用于间接致动装置9000的并联分支包括致动器85、球形关节88和91、联接件87和89以及安装部84。

装置9000还包括控制系统95，其包含输入单元、处理单元和输出单元。控制器95的输出单元可以包括致动器驱动器。致动器75和79以及致动器85中的每一个都与控制系统95的输出单元通信。控制系统95可以机载放置在装置9000上或非机载放置在分离的结构上。此外，致动器75、85和79可以各自具有传感器组，该传感器组连接到控制系统95以获得致动器反馈。致动器75和79分别通过连接96和98连接到控制器95的输入/输出单元，而致动器85使用连接97与控制器95通信。控制系统95还可以通过连接100连接到用户界面系统99。用户(佩戴者)可以使用用户界面系统99输入命令，并且控制系统95基于这样的输入命令指导致动器75、79和致动器85执行特定的运动(具有由传感器的数量产生的反馈)。装置9000允许用户目标关节(例如髋关节)的三自由度定位。致动器75、77和致动器85的动作在目标关节1处产生相应的动作。装置9000可以是载荷的，因为在系统的一个点施加的某些力可以传递到系统上的另一点，而不必通过用户的身体传递。致动器75和致动器85(通过连接联接件89)的动作有助于被动旋转关节77的动作并且可以说是并联地致动这种被动关节，从而在某些实施方式中允许扭矩共享的可能性。因此，致动器85、安装部84、联接件87、联接件89和球形关节91是在所述运动引导装置的主动和被动组件之间连接到运动引导装置1000、5000的平行致动分支的一部分，以有助于被动元件的动作(例如被动旋转关节77)。致动器75和79的旋转轴线92和95分别以及关节77的旋转轴线93穿过与目标关节的旋转中心(大致)对齐的旋转中心90。

图8示出了装置9000的一个实施方式，该装置9000还包括“背包”单元102，其可以刚性地连接到基座73。背包102被定位为使得它不会干扰装置9000的各种组件并且可以包含装置9000的组件，诸如控制器95、用户界面99的元件以及任何其他附加系统，诸如电池。装置9000还可以包括盖103、104和105以分别覆盖致动器85、75和79，以防止环境对系统组件的干扰。

图9示出了装置9000的示意图，以更清楚地说明装置的结构。联接件74和84都附接到基座73，为清楚起见后者未示出。图8中的联接件80和81用连接件106表示，而连接件107表示可调节联接件82和矫形系统83。连接件107附接到小腿6。如此处所示，致动器75、79和关节77的轴线92、94和93相交于与人平均髋关节(目标关节)中心1大致对齐的点。

本领域技术人员将理解，球形关节88或91之一可以用有助于三个旋转运动自由度同时保持机构的功能的任何其他系统代替，并且这样的实施方式在本申请的范围内。球形关节88或91之一可以用适当定向的万向关节代替，同时保持机构的功能。本领域技术人员可以理解，联接件(包括联接件84、87、89和78)的具体几何形状可以根据要目标运动(以及所需的致动器响应)而改变，并且任何这样的替代几何形状也在本申请的范围内。通过联接件84附接到基座73的致动器85的位置和方向可以改变，从而导致联接件84的相应变化。在装置9000的图示实施方式中，致动器75和致动器85主要致动用户臀部的内/外旋转和外展/内收运动，而致动器79主要致动屈曲运动。然而，本领域技术人员还可以看到，通过重新定位系统内的各种关节/致动器/联接件/组件，可以使各种致动器的动作或多或少地参与(相对于图9所示的实施方式)在任何生物髋关节运动中。其中在致动器85可以重新定位以使其旋转轴线与旋转中心90相交的某些配置中，将球形关节88和91替换为各自具有与中心90相交的旋转轴线的旋转关节可能是可行的。在各种实施方式中，该原理可以应用于相关的其他类似机制。

在装置9000被用作具有一些程度的肌肉控制的个体的增强装置的情况下，该装置可以替代地是半主动的并且对应于不需要辅助的任何自由度的致动器75、79或致动器85中的一个或两个可以被移除并用被动关节代替。任选地，对于半主动情况，然后可以将传感器组添加到该被动关节以监测该关节的运动。该装置可以由机载电池或任何其他电源供电。此外，本领域的技术人员将理解，提供在旋转中心1处大致重合的三个旋转自由度并且在目标运动期间不会对用户造成机械干扰的任何先前描述的结构都可以用作装置9000的底层配置。本领域技术人员将理解，装置9000的替代实施方式可以应用于其他生物三自由度旋转关节关节，只要这些实施方式的基本配置允许装置提供围绕可以与目标关节的旋转中心(大约)对齐的旋转中心的三个旋转自由度，并且不会关于该关节(用于目标运动)对用户的身体造成机械干扰，并且所有这样的实施方式和使用也在本申请的范围内。

图10示出了用于引导用户的目标关节的运动的装置11000，该装置采用之前在此描述的运动引导装置1000的实施方式。本领域技术人员将理解，本文先前描述的运动引导装置的任何实施方式或其任何组合都可以包括在装置11000中,而不不脱离本发明的范围。运动引导装置包括基座108、旋转关节129、联接件130，联接件130通过旋转关节131连接到联接件132，联接件132然后通过旋转关节133连接到联接件134。联接件134然后连接到执行器板135，连接方式使得两个组件之间的连接点是可调节。旋转关节129、131和133的旋转轴线在旋转中心相交，该旋转中心与用户的目标关节(例如图1的髋关节1)的旋转中心大致对齐。装置11000可以进一步包括运动发生器和运动传递系统，其类似于通过援引并入本文的共同未决申请PCT/CA2019/050640(公开号WO2019/218056)中描述的运动发生器和运动传递系统。运动发生器和运动传递系统是用于致动运动引导装置的平行分支的一部分。运动发生器包括三个致动器110、111和141，它们通过壳体109连接到基座108。致动器141具有与轴线140重合的旋转轴线并且连接到旋转轴线。致动器110和111通过带系统连接到包含在壳体109内并且还具有与轴线140重合的旋转轴线的旋转轴。因此，致动器110、111和141中的每一个通过直接连接或通过带机构驱动三个同轴轴之一，每个轴具有与轴线140重合的旋转轴线。连接到致动器110、111和141的轴的输出分别连接到联接件112、113和114。联接件112、113和114分别通过旋转关节115、116和139连接到联接件117、118和119。联接件117、118和119分别通过旋转关节120、121和122连接到执行器123。请注意，组件120和139在该图示中被遮蔽并且在图11中被显示。因此，组件110、111、141、112、139、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123和包含在壳体109的组件(即，带机构和旋转轴)构成装置11000的运动发生器。运动传递系统包括盒125，该盒通过联接件124连接到运动发生器的执行器123。请注意，盒125可以包括在联接件124内。轨道126与盒125连接，使得轨道126可以相对于盒125以一定程度的平移运动移动，从而形成线性运动关节。轨道126通过联接件组127连接到万向关节21。万向关节128由两个1自由度旋转关节组成，每个旋转关节具有相互垂直的旋转轴线。万向关节128然后连接到上文所述的运动引导装置1000的执行器板135。外壳109通过旋转关节129连接到联接件130。基座108通过矫形系统136连接到用户的躯干，并且执行器板135通过矫形系统138和可调联接件137连接到用户的大腿。因此，组件124、125、126、127、128构成运动传递系统，组件129、130、131、132、133、134、135构成运动引导装置或载荷系统，并且组件137、138构成目标身体接口系统。与共同未决申请PCT/CA2019/050640(公开号WO2019/218056)中公开的载荷系统相比，本发明的运动引导装置1000、5000可以用作载荷系统而不需要使用的曲线关节。装置11000的该实施方式中的运动发生器包括同轴球形操纵器，其中装置的同轴特性可以提供关于某些特性(例如装置的运动范围)的某些优点。运动发生器的致动器110、111和141中的每一个分别通过连接144、145和146与控制系统142的输出单元通信。此外，致动器各自具有传感器组，该传感器组连接到控制系统142以获得致动器反馈。控制系统142通过连接147连接到用户界面系统143，从而基于用户通过用户界面系统143给出的命令，控制系统142指导致动器110、111和141执行特定动作，由适当的传感器组产生反馈。装置11000允许用户目标关节的三个自由度定位并且是载荷的，因为在装置的一个点施加的某些力可以传递到装置上的另一点，而不必通过用户的身体传递。

图11示出了装置11000的另一个视图。本领域技术人员将理解，联接件124可以连接到轨道126，轨道126通过接口与盒125连接，盒125又连接到联接件127，以代替将联接件124连接到盒125，盒125通过接口与轨道126连接，轨道126连接到联接件127。也就是说，轨道126和盒125的顺序可以互换，同时保持盒125和轨道126作为线性关节的功能。可以使用致动三个同轴轴的任何其他方法来代替正时带系统(例如使用直接连接到每个轴空心轴致动器，而不使用正时带)并且所有这些实施方式都在本申请的范围内。在装置11000被用作具有一些程度的肌肉控制的个体的增强系统的情况下，该系统可以替代地是半主动的并且对应于不需要辅助的任何自由度的致动器110、111或141中的一个或两个可以被移除并用被动关节代替。任选地，对于半主动情况，然后可以将传感器组添加到该被动关节以监测该关节的运动。

图12至22示意性地示出了本发明的运动引导装置的各种方案/机构。图12示出了运动引导装置6000，其具有类似于之前描述的装置1000、5000的运动引导装置的总体方案，其包括三个旋转关节43、45、47和联接件42、44、46、48和149的系统。装置6000还包括平行分支致动器系统149，诸如例如图10的装置11000的运动发生器和运动传递系统，其一侧在接口148处连接到运动引导装置6000的基座结构并且在另一侧在接口150处连接到运动引导装置1000、5000的联接件46。系统149代表具有多于一个自由度的任何联接件、关节和/或组件系统。此外，根据目标关节1处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。图12中所示的点148和150的位置、系统149的几何形状以及各种联接件和关节的尺寸仅用于说明目的，并不意味着展示除所述那些之外的任何特定几何关系。

本领域的技术人员将理解，关于图9的装置9000，系统149包括联接件84，该联接件84在接口148处连接到基座结构73(类似于42)。该联接件之后是(主动)旋转关节(作为致动器85)，其随后连接到联接件87、球形关节88、联接件89和球形关节91。然后球形关节91通过接口150连接到联接件78(类似于46)。在这种情况下，149包括7自由度系统,其具有一个主动元件，在关节43和47处具有额外的主动元件，用于3自由度致动。在另一个实施方式中，系统149可以具有与刚刚呈现的相同的组件排序，然而，任何提到的关节/联接件/组件的几何形状和连接位置可以改变并且是多种(与第一实施方式相比可能不同)所涉及的关节可以根据所需的致动水平致动。

在另一个实施方式中，系统149可以包括联接件(在148处连接到基座)，接着是球形关节，接着是线性关节，接着是万向关节，然后在150处连接到46。在这种情况下，系统149是6自由度系统，其中致动程度可归因于各种关节(例如，关节43和47以及149的线性关节，使其成为线性致动器)。

在另一个实施方式中，系统149可以包括联接件(在148处连接到基座)，接着是2自由度球形运动系统，接着是联接件，接着是万向关节，接着是联接件，接着是万向关节，然后在150处连接到联接件46。在这种情况下，系统149具有至少6个自由度。根据所需的致动水平，可以将致动施加到各种涉及的关节(例如，可以将两个致动度施加到2自由度球形运动发生器，并且可以将一个致动度施加到关节47)。

图13示意性地示出了运动引导装置2000,其类似于图12的运动引导装置6000，但包括两个平行的分支致动器系统152和155。第一系统152在一侧在接口153处连接到联接件46并且在另一侧在接口151处连接到基座结构。第二系统155在一侧在接口156处连接到联接件46并且在另一侧在接口154处连接到基座结构。系统152和155代表具有多于一个自由度(每个)的联接件、关节或部件的任何系统。系统152和155不一定具有相同的结构。此外，根据目标关节1处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。该图中示出的点151、153、154和156的位置，系统152和155的形式，以及各种联接件和关节尺寸仅用于说明目的，并不意味着展示除所指出的之外的任何特定几何关系。

在一个实施方式中，系统152可以包括联接件(在一侧在151处连接到基座)，接着是球形关节，接着是线性关节，接着是万向关节，然后其在153处连接到46。系统155可以包括联接件(在一侧在154处连接到基座)，接着是球形关节，接着是线性关节，接着是万向关节，接着其在156处连接到46。在这样的实施方式中，系统152和155二者包含6个自由度。根据所需的致动水平，致动可以施加到各种关节(例如，致动可以施加到152和155系统的线性关节，使它们成为线性致动器，以及旋转关节43)。

在一个实施方式中，系统152可以包括联接件(在一侧在151处连接到基座)，然后是旋转关节，然后是联接件，然后是球形关节，然后是联接件，然后是球形关节，其在153处连接到联接件46。系统155可以包括联接件(在一侧在154处连接到基座)，然后是旋转关节，然后是联接件，然后是球形关节，然后是联接件，随后是球形关节，其在156处连接到联接件46。根据所需的致动水平，致动可以施加到各种关节(例如，致动可以施加到152和155系统的旋转关节，以及旋转关节43)。

本领域的技术人员将理解，除了所提出的那些之外，装置2000还有许多可能的实施方式(以潜在不同的顺序和潜在不同的几何形状采用可能不同的联接件、关节、系统或任何其他组件，或通过此处介绍的关节系统的可能不同组合)并且所有这样的实施方式也在本申请的范围内。给出的任何示例并不意味着限制本公开的范围。

图14示意性地示出了运动引导装置3000，其类似于装置2000,具有两个平行分支致动器系统158和161。第一系统158在一侧在接口159处连接到联接件46并且在另一侧在接口157处连接到基座结构。第二系统161在一侧在接口162处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口160处连接到基座结构。系统158和161代表具有多于一个自由度(每个)的联接件、关节或部件的任何系统。系统158和161不一定具有相同的结构。此外，根据目标关节1处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。该图中示出的点157、159、160和162的位置，系统158和161的形式，以及各种联接件和关节尺寸仅用于说明目的，并不意味着展示除所指出的之外的任何特定几何关系。在一个实施方式中，系统161的接口162可以定位在与执行器板相连的执行器联接件48上或在执行器板本身上。

在一个实施方式中，系统158可以由以下组成：联接件(在一侧在157处的连接到基座结构)，接着是球形关节，接着是线性关节，然后是万向关节，其在159处连接到联接件46。系统161可以由以下组成：联接件(在一侧在160处连接到基座结构)，然后是旋转关节，然后是联接件，然后是球形关节，然后是联接件，然后是另一个球形关节，其在162处连接到执行器联接件48。替代地，系统158可以由以下组成：联接件(在一侧在157处连接到基座结构)，然后是旋转关节，然后是联接件，然后是球形关节，接着是联接件，接着是球形关节，其在159处连接到联接件46。替代地，系统161可以由以下组成：联接件(在一侧在160处连接到基座结构)，然后是旋转关节，然后是联接件。该最后一个联接件连接到两个球形关节。这两个球形关节中的每一个都连接到单独的联接件，并且这些联接件中的每一个都连接到另一个(单独的)球形关节。这两个球形关节都通过单个联接件附接(分支重新连接)到线性运动关节的一侧。该线性运动关节的另一侧在162处连接到执行器联接件48。致动可以应用于各种关节以实现期望的致动水平。例如，关节43可以与系统158的系统第一形式的线性运动关节和系统161的第一形式的旋转关节一起是主动的。例如，在158的替代形式中，旋转关节可以是主动的，并且在161的替代形式中，旋转关节可能是主动的。这些提到的系统158和161中的每一个都可以相对于另一个具有优点/缺点。例如，系统161的替代形式由于其四边形结构而在某些情况下可以显示出优异的扭矩传递能力。

本领域的技术人员将理解，除了所提出的那些之外，运动引导装置3000还有许多可能的实施方式(以可能不同的顺序和可能不同的几何形状采用可能不同的联接件、关节、系统或任何其他组件，或通过此处介绍的关节系统的可能不同组合)并且所有这样的实施方式也在本申请的范围内。给出的任何示例并不意味着限制本公开的范围。

图15示意性地示出了运动引导装置4000，其类似于装置2000、3000,具有两个平行分支致动器系统164和167。第一系统164在一侧的接口165处连接到执行器联接件48(而不是联接件46)，并且在另一侧的在接口163处连接到基座结构。第二系统167也在一侧在接口168处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口166处连接到基座结构。在一个实施方式中，系统164和167的接口165和168中的任一个(或两者)可以分别定位在连接到执行器板的执行器联接件48上或执行器板本身上。系统164和167代表具有多于一个自由度(每个)的联接件、关节或部件的任何系统。系统164和167不一定具有相同的结构。此外，根据目标关节处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。该图中示出的点163、165、166和168的位置，系统164和167的形式，以及各种联接件和关节尺寸仅用于说明目的，并不意味着展示除所指出的之外的任何特定几何关系。

在一个实施方式中，系统164可以由以下组成：联接件(在一侧在163处的连接到基座结构)，接着是球形关节，接着是线性关节，然后是万向关节，其在165处连接到执行器联接件48。系统167可以由以下组成：联接件(在一侧在166处的连接到基座结构)，接着是球形关节，接着是线性关节，然后是万向关节，其在168处连接到执行器联接件48。可根据期望的致动水平将致动施加到各种关节(例如，致动可施加到164的线性运动关节、167的线性运动关节和关节43)。

在一个实施方式中,系统164可以由以下组成：联接件(在一侧在163处连接到基座结构)，然后是旋转关节，然后是联接件，然后是球形关节，然后是联接件，然后是球形关节，其在165处连接到执行器联接件48。系统167可以由以下组成：联接件(在一侧在166处连接到基座结构)，然后是旋转关节，然后是联接件，然后是球形关节，然后是联接件，然后是球形关节，其在168处连接到执行器联接件48。致动可以施加到各种关节(例如，致动可以施加到164的旋转关节、167的旋转关节和关节43)。本领域技术人员将理解，如果将164和167的旋转关节定位成使得它们的旋转轴线与髋部中心相交，则164和167的球形关节可被也具有与臀部中心相交的旋转轴线的旋转关节代替。

图16示意性地示出了运动引导装置6100，其类似于装置6000，具有一个平行的分支致动器系统170，分支致动器系统170在一侧在接口171处连接到执行器联接件48(而不是联接件46)并且在另一侧在界面169处连接到基座结构。在一个实施方式中，系统170的接口171可以定位在与执行器板相连的执行器联接件48上或在执行器板本身上。系统170代表具有多于一个自由度的任何联接件、关节或组件系统。此外，根据目标关节处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。图中所示的系统170的点169和171的位置、以及各种联接件和关节的尺寸仅用于说明目的，并不意味着展示除所述那些之外的任何特定几何关系。

在一个实施方式中,系统170可以由以下组成：联接件(在一侧在169处连接到基座结构)，然后是旋转关节，然后是联接件，然后是球形关节，然后是联接件，然后是球形关节，其在171处连接到执行器联接件48。致动可以施加到各种关节(例如，致动可以施加到170的旋转关节、47的旋转关节和关节43)。本领域技术人员将理解，如果将170的旋转关节定位成使得它的旋转轴线与髋部中心相交，则170的球形关节可被也具有与臀部中心相交的旋转轴线的旋转关节代替。

本领域技术人员可以理解，装置6100与图10的装置11000相似，其中系统170可以由组件110-128、139组成。组件108、109、129-137类似于装置6100的组件42-48。在这种情况下，关节112、113和114(参见图10)是主动的(由致动器109、110和141致动)。在另一个实施方式中，系统170可以具有与刚刚呈现的相同的组件排序。然而，任何提到的关节/联接件/组件的几何形状和连接位置可以改变并且是多种(与第一实施方式相比可能不同)所涉及的关节可以根据所需的致动水平致动。

本领域的技术人员将理解，除了所提出的那些之外，装置6100还有许多可能的实施方式(以可能不同的顺序和可能不同的几何形状采用可能不同的联接件、关节、系统或任何其他组件，或通过此处介绍的关节系统的可能不同组合)并且所有这样的实施方式也在本申请的范围内。给出的任何示例并不意味着限制本公开的范围。

图17示意性地示出了具有一个平行分支致动器系统173的运动引导装置8000的另一实施方式。系统173在一侧在接口174处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口172处连接到联接件44(而不是基座结构)。在一个实施方式中，系统173的接口174可以定位在与执行器板相连的执行器联接件48上或在执行器板本身上。系统173代表具有至少一个自由度的任何联接件、关节或组件系统。此外，根据目标关节处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。本文所示的点172和174的位置、系统173的形式以及各种联接件和关节的尺寸仅用于说明目的，并不意味着展示除所述那些之外的任何特定几何关系。

在一个实施方式中，系统173可以包括联接件(在一侧在172处连接到联接件44)，接着是2自由度球形操纵器，接着是联接件，接着是万向关节，接着是联接件，接着是在174处连接到执行器联接件48的万向关节。致动可以施加到各种关节(例如，致动可以施加到2自由度球形操纵器的两个度，并且可以施加到关节43)。

本领域的技术人员将理解，除了所提出的那些之外，装置8000还有许多可能的实施方式(以潜在不同的顺序和潜在不同的几何形状采用可能不同的联接件、关节、系统或任何其他组件，或通过此处介绍的关节系统的可能不同组合)并且所有这样的实施方式也在本申请的范围内。给出的任何示例并不意味着限制本公开的范围。

图18示意性地示出了类似于图17的装置8000的运动引导装置8100，但采用两个(而不是一个)平行的分支致动器系统176和179。第一系统176在一侧在接口177处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口175处连接到联接件44。第二系统179在一侧在接口180处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口178处连接到联接件44。在一个实施方式中，系统176和179的接口177和180中的任一个(或两者)可以分别定位在连接到执行器板的执行器联接件48上或执行器板本身上。系统176和179代表具有至少一个自由度(每个)的联接件、关节或部件的任何系统。系统176和179不一定具有相同的结构。此外，根据目标关节处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。该图中示出的点175、177、178和180的位置，系统176和179的形式，以及各种联接件和关节尺寸仅用于说明目的，并不意味着展示除所指出的之外的任何特定几何关系。

在一个实施方式中，系统176可以由以下组成：联接件(在175处连接到联接件44)，接着是球形关节，接着是线性关节，然后是万向关节，其在177处连接到执行器联接件48。系统179可以由以下组成：联接件(在178处的连接到联接件44)，接着是球形关节，接着是线性关节，然后是万向关节，其在180处连接到执行器联接件48。可根据期望的致动水平将致动施加到各种关节(例如，致动可施加到176的线性运动关节、179的线性运动关节和关节43)。

在一个实施方式中,系统176可以由以下组成：联接件(在175处连接到联接件44)，然后是旋转关节，然后是联接件，然后是球形关节，然后是联接件，然后是另一个球形关节，其在177处连接到执行器联接件48。系统179可以由以下组成：联接件(在178处连接到联接件44)，然后是旋转关节，然后是联接件，然后是球形关节，然后是联接件，然后是另一个球形关节，其在180处连接到执行器联接件48。可根据期望的致动水平将致动施加到各种关节(例如，致动可施加到176的旋转关节、179的旋转关节和关节43)。

本领域的技术人员将理解，除了所提出的那些之外，装置8100还有许多可能的实施方式(以可能不同的顺序和可能不同的几何形状采用可能不同的联接件、关节、系统或任何其他组件，或通过此处介绍的关节系统的可能不同组合)并且所有这样的实施方式也在本申请的范围内。给出的任何示例并不意味着限制本公开的范围。

图19示意性地示出了运动引导装置10000的另一个实施方式,具有三个平行分支致动器系统182、185和188。第一系统182在一侧在接口183处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口181处连接到基座结构。第二系统185在一侧在接口186处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口184处连接到基座结构。第三系统188在一侧在接口189处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口187处连接到基座结构。在一个实施方式中，系统182、185或188的接口183、186或189中的任何一个(或全部)可以分别定位在连接到执行器板的执行器联接件48上或在执行器板本身上。系统182、185和188代表具有多于一个自由度(每个)的联接件、关节或部件的任何系统。系统182、185和188不一定具有相同的结构。此外，根据目标关节处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。该图中所示的点181、183、184、186、187和189的位置，系统182、185和188的形式，以及各种联接件和关节的尺寸仅用于说明目的，并不意味着演示除所述之外的任何特定几何关系。

在一个实施方式中，系统182可以由以下组成：联接件(在一侧在181处的连接到基座结构)，接着是球形关节，接着是线性关节，然后是万向关节，其在183处连接到执行器联接件48。系统185可以由以下组成：联接件(在一侧在184处的连接到基座结构)，接着是球形关节，接着是线性关节，然后是万向关节，其在186处连接到执行器联接件48。系统188可以由以下组成：联接件(在一侧在187处的连接到基座结构)，接着是球形关节，接着是线性关节，然后是万向关节，其在189处连接到执行器联接件48。可根据期望的致动水平将致动施加到各种关节(例如，致动可施加到182的线性运动关节、185的线性运动关节和188的线性运动关节)。给出的任何示例并不意味着限制本公开的范围。

图20示意性地示出了类似于图19的装置10000的运动引导装置10100，具有三个平行的分支致动器系统191、194和197。第一系统191在一侧在接口192处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口190处连接到联接件44(而不是基座结构)。第二系统194在一侧在接口195处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口193处连接到基座结构。第三系统197在一侧在接口198处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口196处连接到基座结构。在一个实施方式中，系统191、194或197的接口192、195或198中的任何一个(或全部)可以分别定位在连接到执行器板的执行器联接件48上或在执行器板本身上。系统191、194和197代表具有多于一个自由度(每个)的联接件、关节或部件的任何系统。系统191、194和197不一定具有相同的结构。此外，根据目标关节处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。该图中所示的点190、192、193、195、196和198的位置，系统191、194和197的形式，以及各种联接件和关节的尺寸仅用于说明目的，并不意味着演示除所述之外的任何特定几何关系。给出的任何示例并不意味着限制本公开的范围。

图21示意性地示出了运动引导装置12000的另一个实施方式,具有两个平行分支致动器系统200和203。第一系统200在一侧在接口201处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口199处连接到联接件44。第二系统203在一侧在接口204处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口202处连接到基座结构。在一个实施方式中，系统200和203的接口201和204中的任一个(或两者)可以分别定位在连接到执行器板的执行器联接件48上或执行器板本身上。系统200和203代表具有至少一个自由度(每个)的联接件、关节或部件的任何系统。系统200和203不一定具有相同的结构。此外，根据目标关节处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。该图中示出的点199、201、202和204的位置，系统200和203的形式，以及各种联接件和关节尺寸仅用于说明目的，并不意味着展示除所指出的之外的任何特定几何关系。

本领域的技术人员将理解，除了所提出的那些之外，装置12000还有许多可能的实施方式(以可能不同的顺序和可能不同的几何形状采用可能不同的联接件、关节、系统或任何其他组件，或通过此处介绍的关节系统的可能不同组合)并且所有这样的实施方式也在本申请的范围内。给出的任何示例并不意味着限制本公开的范围。

图22示意性地示出了运动引导装置13000的另一个实施方式,具有三个平行分支致动器系统206、209和212。第一系统206在一侧在接口207处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口205处连接到联接件44。第二系统209在一侧在接口210处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口208处连接到联接件44。第三系统212在一侧在接口213处连接到执行器联接件48并且在另一侧在接口211处连接到基座结构。在一个实施方式中，系统206、209或212的接口207、210或213中的任何一个(或全部)可以分别定位在连接到执行器板的执行器联接件48上或在执行器板本身上。系统206、209和212代表具有多于一个自由度(每个)的联接件、关节或部件的任何系统。系统206、209和212不一定具有相同的结构。此外，根据目标关节处所需的致动水平，任何涉及的关节都可以是主动的。该图中所示的点205、207、208、210、211和213的位置，系统206、209和212的形式，以及各种联接件和关节的尺寸仅用于说明目的，并不意味着演示除所述之外的任何特定几何关系。给出的任何示例并不意味着限制本公开的范围。

图23示出了采用运动引导装置1000的实施方式的运动引导装置14000。运动引导装置包括基座结构214,附接到基座214的矫形结构215，旋转关节219、221和223，联接件217、218 220、222和末端执行器板224。最后一个连接到接口联接件225，接口联接件225连接到可以固定到用户大腿的矫形结构226。矫形器结构215可以固定在装置用户的躯干上。基座结构214还包括多个接口位置，使得联接件216的附接位置在用户身体的侧向方向上是可调节的。联接件对222和224、224和225以及225和矫形器结构226之间存在线性调节。每对之间的调节方向是相互正交的，从而允许矫形器结构226的空间附接位置(因此，用户的大腿相对于联接件222)的自由度。

联接件216连接到联接件217，联接件217又通过旋转关节219连接到联接件218。按串联顺序，联接件218通过旋转关节221连接到联接件220，然后联接件220通过旋转关节223连接到联接件222。另外，另一侧的联接件216和217的组件通过旋转关节228附接到联接件227。联接件227通过旋转关节230连接到联接件229，然后联接件229和220通过另一个旋转关节231连接。所有旋转关节219、221、223、228、230和231的轴线在共同的旋转中心点232处相交，并且它们的组合旋转允许末端执行器板224以三个旋转自由度围绕该旋转中心点232相对于基座结构214移动而没有任何其他运动自由度(例如，一旦所有可调节附件都固定，则相对平移是不允许的)。联接件216和连接的关节-联接件链227-231构成致动分支系统。

本领域技术人员可以理解，以下联接件对在图23和图12之间是类似的:217和42、218和44、220和46以及222和48。同样，本领域技术人员可以理解，以下旋转关节对在图23和12之间是类似的:219和43、221和45以及223和47。因此，在装置6000的这个实施方式中，联接件216和连接的关节-联接件链227-231构成图12的系统149。如图23所示，旋转关节219、223和228使用电动机驱动，以部分或完全辅助围绕用户髋关节的运动。然而，本领域技术人员可以理解，旋转关节219、221、223、228、230和231的任何其他组合可以通过一些方式来致动，以提供关于用户髋关节的部分或完整的运动辅助。致动器219、223和228中的每一个具有传感器组以获得致动器反馈并且(连同它们各自的传感器组)连接到控制器，该控制器随后连接到用户界面。控制器包含处理单元和输入/输出单元，并且可包含电机驱动器。用户意图通过用户界面传达给控制器。为了清楚起见，该图中省略了致动器与该控制器、控制器和用户界面的连接。

装置14000可以用作具有一些程度的肌肉控制的个体的增强装置，或者它可以是半主动的，并且对应于不需要辅助的任何自由度的致动器219、223或228中的一个或两个可以被移除并用被动关节代替。任选地，对于半主动情况，然后可以将传感器组添加到该被动关节以监测该关节的运动。该装置可以由机载电池或任何其他电源供电。此外，本领域技术人员将理解，装置14000的替代实施方式可以应用于其他生物三自由度旋转关节关节，只要这些实施方式的基本配置允许系统提供围绕可以与目标关节的旋转中心(大约)对齐的旋转中心的三个旋转自由度，并且不会关于该关节(用于目标运动)对用户的身体造成机械干扰，并且所有这样的实施方式和使用也在本申请的范围内。

图24示出了运动引导装置15000的另一个实施方式，其允许围绕旋转中心233进行三个自由度旋转，旋转中心233可以与用户目标关节的旋转中心1大致对齐。装置15000包括基座234，其一端附接至矫形结构235，该矫形结构235继而可固定至用户的躯干。在另一个附接表面处，基座234固定到联接件236，联接件236分别通过旋转关节239和240连接到联接件237和238。联接件237和238随后分别通过旋转关节242和243连接到联接件241。然后联接件241通过另一个旋转关节245连接到联接件244。接下来，联接件244通过旋转关节247连接到联接件246，并且联接件246通过旋转关节249附接到末端执行器联接件248。末端执行器联接件248然后通过矫形结构250和联接件251连接到用户的大腿，联接件251具有沿三个正交轴线的滑动可调性，以允许矫形结构250相对于末端执行器联接件248进行空间定位。此外，基座234和相邻部件(即，矫形结构235和联接件236)之间的附接还涉及可调节性，其允许末端执行器联接件248相对于基座234的旋转中心233与用户目标关节的旋转中心1(大致)对齐，同时保持矫形结构235与用户躯干的符合人体工程学的连接。旋转关节239、240、242、243、245、247和249的组合运动产生了装置的末端执行器联接件248相对于基座234的三个自由度旋转。最后两个关节247和249的轴线在系统的任何姿势期间在旋转中心点233相交，但其他的不一定与它相交。联接件和旋转关节236-243和245包括远程中心旋转机构，从而旋转关节239、240、242、243和245的组合运动产生旋转运动，其旋转轴线与旋转接头247和249的旋转轴线在远程旋转中心处相交。此外，如图所示，所有这些关节239、240、242、243、245、247和249的位置以及联接件236、237、238、241、244、246和248的几何形状允许用户佩戴系统而不干扰用户的身体(对于某些姿势/位置)。本领域技术人员可以理解，在其他可能的实施方式中，可以改变联接件236、237、238和241的几何形状，以便在不脱离本公开范围的情况下调节远程旋转中心的相对位置。此外，基座234与联接件244、246和248之间的远程中心旋转机构、旋转关节247和旋转关节249的连接顺序可以以任何顺序重新布置而不脱离本公开的范围。

装置15000可用作装置1000和/或5000的替代运动引导装置。装置15000的结构通常不完全载荷，它可能更适合于这种负荷不显著的某些应用。对于这样的应用，该结构可以潜在地用于代替结构1000和/或5000(和/或这些结构的其他实施方式)，这取决于所使用的致动方法。例如，装置15000可包括在旋转关节249、旋转关节247和旋转关节239、240、242、243或245中的一个或多个处的致动关节。替代地，装置15000可以连接到一个或多个平行致动臂(即，如图12-22中对于装置1000所示)，其中装置15000的联接件244、246和248分别类似于装置1000的联接件44、46和48，图12-22中所示的各种致动分支可以附接到其上。

图25示出了采用多于一个运动引导系统的运动引导辅助系统21000。系统21000包括运动引导装置9000，其用作与小腿运动引导系统21500串联的髋关节运动引导装置20000。因此，运动引导辅助系统21000构成小腿外骨骼。运动引导装置20000可以类似于图7的装置9000。装置20000的执行器81(未示出)延伸并连接到旋转致动器259，旋转致动器259的旋转轴线与用户的膝关节大致对齐。致动器259然后附接到联接件252。联接件252连接到联接件253，使得可以调节连接点，从而允许系统考虑具有不同小腿长度的用户。然后联接件253通过可调节联接件254附接到矫形系统255。通过可调节联接件254和小腿矫形系统255，联接件253连接到用户的小腿。联接件253然后连接到旋转致动器260。旋转致动器260然后通过联接件256连接到旋转致动器257。旋转致动器260和257具有在与用户的踝关节大致对齐的点处相交的旋转轴线。然后致动器257连接到脚踏板258。脚踏板258可以通过带系统或任何其他连接系统附接到用户的脚。致动器259、260和257可以包括传感器组以获得致动器反馈，并且这些致动器259、260和257(以及它们各自的传感器组)连接到图7的控制系统95(其进一步连接到用户界面单元99)，装置20000的致动器也连接到控制系统95。这些连接未在图25中示出。该控制系统95(见图7)可以位于背包单元102(见图8)中。该装置由同样位于背包单元中的电池单元供电(参见图8)。

脚踏板258可以包括力传感器、扭矩传感器、力/扭矩传感器、触摸传感器或任何其他类型的传感器(或任何上述传感器的多个实例)以获得定位和/或平衡的反馈。任何连接都可以包含惯性测量单元、应变仪、旋转编码器或任何其他类型的传感器，用于获得控制反馈。用户界面可以包含任何传感器，例如提到的可能包括图7的用户界面系统99的那些。

本领域技术人员可以理解，可以使用提供用户膝关节和踝关节致动的任何其他系统来代替小腿系统21500，并且所有这些组合都在本专利的范围内。在运动引导辅助系统21000用于具有部分运动控制的用户的运动辅助的情况下，根据用户下半身的自由度不需要制动的某些制动器可以用被动关节代替。在致动器259的旋转轴线未与用户的膝关节对齐或致动器260和/或257未与用户的踝关节对齐的情况下，可以通过调节连接使小腿和脚的连接变得具有依从性，以解决这种错位。本领域技术人员可以理解，本文提出的其他装置可以代替装置9000充当髋部致动单元20000(诸如装置11000)，并且所有这样的组合都在本申请的范围内。

图26示出了类似于图25的系统21000的全腿外骨骼系统22000，其中单独的系统21000、21000a用于用户的每条腿并因此提供完整的下半身运动引导辅助系统22000(构成完整的下半身外骨骼)。在该系统中，作为系统21000的子集的图7的装置9000(其用作图25的实施方式的髋关节运动引导装置20000)的基座73和背包102与作为系统21000a的子集的第二装置9000共享，从而连接两个系统21000和21000a。系统22000的所有致动器(以及这些致动器的传感器组)都连接到位于图7的背包单元102中的中央控制系统(其进而连接到通用用户界面)(在这种情况下，分别作为系统21000和21000a的子集的两个装置9000的控制系统95和用户界面系统99被中央控制单元和通用用户界面代替)。

图27示出了运动引导辅助系统22000的前视图。脚踏板可以包括力传感器、扭矩传感器、力/扭矩传感器、触摸传感器或任何其他类型的传感器以获得定位和/或平衡的反馈。任何连接都可以包含惯性测量单元、应变仪、旋转编码器或任何其他类型的传感器，用于获得控制反馈。运动引导辅助系统22000是载荷的，因为施加在外骨骼上的某些负载(例如背包中包含的电池的重量)可以转移到外骨骼的其他点(例如外骨骼的足部与地面的接触点)，而不必通过佩戴系统的用户的身体传递。

本领域技术人员将理解，可以使用前面提到的图25的运动引导辅助系统21000的任何替代形式来代替当前的运动引导辅助系统21000和/或21000a(其中某些连接部件可以是共享)并且所有这些组合都在本专利的范围内。在运动引导辅助系统22000用于具有部分运动控制的用户的运动辅助的情况下，根据用户下半身的自由度不需要制动的某些制动器可以用被动关节代替。

图28示出了采用多于一个运动引导系统的全腿外骨骼系统24000。系统24000包括用作髋关节运动引导装置的运动引导装置9500。运动引导装置9500可以类似于图7的装置9000。然而，尽管在图7中装置9000采用了被描绘为运动引导装置5000的运动引导装置1000的实施方式，其具有正交关节轴线40和41,但图28中的装置9500的关节轴线不是正交的，如图2中装置1000的轴线22、23和24所示。此外，在图28中，致动器85和联接件87被示出相对于装置9500的其余部分以与图7中对于装置9000所描绘的不同的取向附接到安装部84。本领域技术人员可以理解，致动器85(以及随后的联接件87)到安装部84的附接可以相对于装置9500的其余部分具有任何空间取向，并且任何这样的替代附接方向也在本申请的范围内。此外，虽然在图7中对装置9000的描绘中，可调联接件82和矫形系统83朝用户大腿的前部延伸，但图28中对装置9500的描绘显示出可调联接件82和矫形系统83朝用户大腿的后部延伸。本领域技术人员可以理解，可调联接件82和矫形系统83可以相对于装置9500的其余部分具有任何空间取向，并且任何这样的替代附接方向也在本发明的范围内。

包含在运动引导辅助系统24000中的运动引导装置9500与小腿运动引导系统21500串联连接，类似于系统21500与系统21000中的运动引导装置20000的连接。此外，单独的系统23000、23000a用于用户的每条腿并因此提供完整的下半身运动引导辅助系统24000(构成完整的下半身外骨骼)。在该系统中，作为系统23000的子集的装置9500的基座73、矫形器系统86和背包102与作为系统23000a的子集的第二装置9500共享，从而连接两个系统23000和23000a。系统24000的所有致动器(以及这些致动器的传感器组)都连接到位于图28的背包单元102中的中央控制系统(其进而连接到通用用户界面)(在这种情况下，分别作为系统23000和23000a的子集的两个装置9500的控制系统95和用户界面系统99被中央控制单元和通用用户界面代替)。

图29示出了运动引导辅助系统24000的前视图。脚踏板可以包括力传感器、扭矩传感器、力/扭矩传感器、触摸传感器或任何其他类型的传感器以获得定位和/或平衡的反馈。任何连接都可以包含惯性测量单元、应变仪、旋转编码器或任何其他类型的传感器，用于获得控制反馈。运动引导辅助系统24000是载荷的，因为施加在外骨骼上的某些负载(例如背包中包含的电池的重量)可以转移到外骨骼的其他点(例如外骨骼的足部与地面的接触点)，而不必通过佩戴系统的用户的身体传递。

本领域技术人员可以理解，可以使用提供用户膝关节和踝关节致动的任何其他系统来代替小腿系统21500(其为装置23000和/或23000a的子集)，并且所有这些组合都在本专利的范围内。本领域技术人员可以理解，可以使用本文提出的其他装置(诸如装置11000)代替装置9500(其为装置23000和/或23000a的子集)，并且所有这样的组合都在本申请的范围。

尽管运动引导装置1000、5000、7000、9000、11000、14000和被提及为在本申请的范围内或图12-22的通用装置的任何实施方式(声明在本申请的范围内)的范围内的任何装置或实施方式通常被呈现为3自由度机制，但本领域技术人员可以理解，这些装置也可以通过潜在地用固定连接代替某些被动关节和/或通过相应地减少致动器的数量而应用于某些2自由度和1自由度应用，并且所有这样的实施方式都在本专利的范围内。

如前所述，尽管运动引导装置1000、5000、7000、9000、11000、14000和被提及为在本申请的范围内或图12-22中示出的任何实施方式(声明在本申请的范围内)的范围内的任何装置或实施方式通常被描述为引导用户的髋关节，但本领域技术人员可以理解，类似形式的装置也可以制动其他生物关节(例如踝或腕)，并且所有这样的实施方式都在本专利的范围内。

虽然本申请中呈现的实施方式通常指定致动器的位置或施加致动的关节，但本领域技术人员将理解致动可能被施加或移动到当前被描述为被动的其他关节，并且，反过来，被描述为主动的关节可以潜在地被被动关节替换，并且所有这样的实施方式都在本申请的范围内。

尽管在上述实施方式中没有描述，但本领域技术人员可以理解，任何提及的关节(无论是被动的还是主动的)也可以包括被动能量存储或能量耗散元件，例如弹簧或阻尼器，并且所有这样的实施方式都在本申请的范围内。

虽然装置1000、5000、7000、9000、11000、14000(以及这些的任何提及的实施方式)以及图12-22中所示的各种实施方式通常被呈现为使得不一定采用产生单自由度远程旋转中心的关节系统或结构(诸如角路或曲线关节)(由于不这样做的机械可行性的可能优势)，但本领域技术人员可以理解，这样的结构/系统可以用于代替所呈现的(或提到的在本申请的范围内的)实施方式中的特定关节(例如，以避免机械干扰)，并且所有这样的实施方式都在本申请的范围内。

虽然所描绘的所有连接通常都被描绘为有线连接，但本领域技术人员可以理解这些连接中的某些可以是无线的并且所有这样的实施方式都在本申请的范围内。

虽然某些致动器可以被识别为旋转或线性的，但这并不意味着限制这些致动器产生旋转或线性运动的方式。例如，线性致动器可以跨两个由旋转关节连接的组件连接，在这种情况下，线性致动器的线性运动具有在待致动的关节处产生旋转运动的效果。由于这样的系统在待致动的关节处产生旋转运动，所以即使它可能包括线性致动器，该系统也可以满足旋转致动器的位置。因此，一般而言，将致动器识别为线性或旋转是指致动器致动的关节的运动，但并不意味着限制提供这种致动的系统的性质。本领域技术人员可以看到，有许多致动器系统可以应用于本申请中提出的实施方式，并且所有这些实施方式都在本申请的范围内。

通常，在整个申请中，可以说某些联接件和/或其他组件相对于其他联接件和/或其他组件具有可调节的连接点。然而，应当理解，任何其他联接件和/或组件(没有被声明为具有可调节性)也可以关于它们与另一个联接件和/或组件的连接点或关于它们自己的几何形状具有可调节性。说一个联接件可能关于其自身几何形状具有可调节性通常被认为是指一个或多个尺寸可以通过一些机制进行调节(这也可以包括将联接件分成两个或多个连接的联接件，这些联接件可能具有可调节的连接点或任何其他机制)。替代地，可以理解，在本申请中称为具有可调节性的某些组件/联接件可以用不可调节的联接件/组件代替，并且在一些情况下，这可能包括合并先前通过可调节连接连接的两个或更多个联接件和/或组件。本领域技术人员将理解所有这些变化都在本申请的范围内。

此外，虽然某些组件在本文中可能被描述为通过一些系统/机构刚性连接的独立主体，但是本领域技术人员可以理解这些组件/主体可以合并到一个组件/主体中。反过来，本领域的技术人员可以理解，作为单个主体呈现的组件可以被刚性连接的两个或更多个组件替换，但一起保持它们所替换的主体/组件的相关特性。本领域技术人员可以理解，所有这样的组合都在本专利的范围内。

通常，在整个申请中，某些关节或联接件或主体或其他组件可能已被称为具有传感元件(诸如编码器、惯性测量单元或其他传感器)，然而，应理解任何关节或联接件或主体或其他组件(包括可能未提及包含传感器的组件)可能包括传感器，诸如旋转编码器、惯性测量单元或任何其他类型的传感器。本领域技术人员将理解所有这些变化都在本申请的范围内。

在一个实施方式中，通过允许定位用户可能具有减少的(或不存在)控制的关节段，或者，通过在身体段之间提供辅助运动响应来将用户稳定在一个或多个关节处或在例如用户可能在一个或多个关节处肌肉变弱的情况下提供用户动作的增强，所提及的任何运动引导装置可用于帮助可能在一个或多个下半身关节中具有移动性问题的用户。

在另一实施方式中，本发明的运动辅助系统可用作机器人康复工具。例如，物理治疗师可以使用带子(或任何其他连接方法)将患者固定在运动辅助外骨骼系统上，以支撑用户的体重，然后可以对外骨骼进行编程以通过一些重复练习帮助患者的肢体。

在一个实施方式中，下半身运动引导辅助系统可以连接到上半身外骨骼系统，以提供整个身体的运动引导(或辅助)。

在一种实施方式中，运动辅助系统可以用作运动捕捉装置。该系统可以包括用于检测和/或引导任何数量的目标关节的运动的运动引导装置或系统。使用安装装置诸如带和矫形器将运动捕捉系统固定到用户。在这方面，运动发生器和运动传递系统(如果有的话)的致动器可以存在也可以不存在。例如，致动器可以用传感器代替，例如编码器、线性/旋转电位器等，并且在控制器中编程的运动学算法可以使用这些数据来计算人体目标关节的准确方向和身体段的位置。用户可以在任何或所有关节目标处产生运动，并且多个传感器可以通过测量运动捕捉系统的被动关节的运动(即，位置和方向)来检测这种运动(由用户产生)。

替代地，在另一实施方式中，可不省略前述实施方式的运动引导装置的主动关节，且所得运动捕捉装置可与外部虚拟现实(VR)或增强现实(AR)系统通信。在这种情况下，致动器不会产生任何阻力，直到用户在虚拟或增强现实环境中以触觉方式接触某物，此时致动器参与以模拟对虚拟实体的触觉响应(例如，力反馈)。例如，本实施方式可以应用在游戏行业中，游戏玩家可能需要与环境进行更好的交互。可以对控制器进行预编程以命令致动器抵抗在某些取向/方向上的运动或在某些取向/方向上施加力。运动引导装置还可用于训练应用，诸如体育运动，其中外骨骼将限制不准确/不正确的运动，而促进(或不干扰)准确/正确的运动。

在另一个实施方式中，外骨骼的致动器可以由可锁定的关节代替。在这种布置中，在附接运动引导装置时，操作者可以手动移动待定位的结构，直到达到所需位置。在达到所需位置之前，致动器不会对运动产生任何阻力。然后操作员可以锁定可锁定关节以保持该位置。

在另一个实施方式中，全身外骨骼或其子组件(例如，臀部子组件)可以用作运动增强装置，其中控制器可以包括用户意图检测算法，该算法可以通过从传感器(诸如一个或多个编码器、IMU系统、脚力传感器、EMG传感器或任何其他传感器)接收到的信号来监测用户活动/输入。然后，控制器将命令外骨骼或其子组件协助下肢或上肢执行特定动作。该系统可以根据特定动作的需要充当主动或被动装置。

尽管已经示出和描述了本公开的特定元件、实施方式和应用，但是应当理解，本公开的范围不限于此，因为本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下进行修改，特别是鉴于前述教导。因此，例如，在本文公开的任何方法或过程中，构成该方法/过程的动作或操作可以以任何合适的顺序执行并且不必限于任何特定公开的顺序。在各种实施方式中，元件和组件可以不同地配置或布置、组合和/或消除。上述各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合旨在落入本公开的范围内。在本公开全文中对“一些实施方式”、“一个实施方式”等的引用意味着结合实施方式描述的特定特征、结构、步骤、过程或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，贯穿本公开的短语“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”等的出现不一定都指代相同的实施方式并且可以指代相同或不同实施方式中的一个或多个。

已经在适当的地方描述了实施方式的各个方面和优点。应当理解，不一定所有这些方面或优点都可以根据任何特定实施方式来实现。因此，例如，应当认识到，可以以实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点的方式来执行各种实施方式，而不必实现如本文所教导或建议的其他方面或优点。

本文使用的条件性语言，诸如“可以”、“可能”、“也许”、“可”、“例如”等，除非另有明确说明，或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则通常旨在传达某些实施方式包括某些特征、元件和/或步骤，而另一些实施方式不包括。因此，这样的条件性语言通常不旨在暗示一个或多个实施方式以任何方式需要特征、元素和/或步骤，或者一个或多个实施方式必须包括用于在有或没有操作员输入或提示的情况下决定是否这些特征、元素和/或步骤被包括或将在任何特定实施方式中执行的逻辑。没有哪里特征或特征组是任何特定实施方式都需要的或不可缺少的。术语“包含”、“包括”、“具有”等是同义词，并且以开放式包容性地使用，并且不排除其他元素、特征、动作、操作等。此外，术语“或”以其包容性(而非排他性)使用，使得当用于例如连接元素列表时，术语“或”表示列表中的一个、一些或全部元素。

本文描述的实施方式的实例结果和参数旨在说明而非限制所公开的实施方式。其他实施方式可以与本文描述的说明性示例不同地配置和/或操作。

Claims (20)

1.一种运动引导装置，其允许围绕与目标身体的目标关节的旋转中心大致对齐的远程旋转中心进行三自由度(DOF)运动，所述装置包括：

-通过基座联接件和基座矫形结构连接到所述目标身体的基座结构；

-与联接件网络互连的至少三个旋转关节，所述联接件网络被配置为不机械干扰所述目标身体，所述联接件网络的一端连接到所述基座结构，至少一个旋转关节与所述目标关节的运动轴线不对齐，所述旋转关节中的每一个提供一个围绕相应轴线旋转运动的自由度；以及

-在另一端附接到所述联接件网络的执行器板，所述执行器板的附接点可通过板调节系统调节，所述执行器板通过可调节的板矫形系统连接到所述目标身体，所述执行器板和所述目标身体的连接点与所述基座结构和所述目标身体之间的连接点间隔开，所述至少三个旋转关节和所述联接件网络的组合运动产生所述执行器板围绕与所述目标关节的旋转中心大致对齐的所述远程旋转中心的三自由度旋转。

2.根据权利要求1所述的运动引导装置，其中，所述基座联接件和所述矫形结构的附接点可通过调节系统进行调节。

3.根据权利要求1所述的运动引导装置，其中，至少一个旋转关节的旋转轴线不与任何相邻轴线正交。

4.根据权利要求1所述的运动引导装置，包括三个旋转关节，并且其中，所述三个旋转关节的每个轴线在所述远程旋转中心处相交。

5.根据权利要求1所述的运动引导装置，其中，两个旋转关节的轴线在所述远程旋转中心处相交，所述运动引导装置还包括远程中心旋转机构，所述远程中心旋转机构具有与联接件网络互连的两个或更多个旋转关节，所述远程中心旋转机构的所述两个或更多个旋转关节的组合运动产生旋转运动，其旋转轴线与所述两个旋转关节的旋转轴线在所述远程旋转中心处相交。

6.根据权利要求1-5所述的运动引导装置，其中，所述旋转关节中的至少一个是用于致动所述至少一个旋转关节的旋转致动器。

7.根据权利要求6所述的运动引导装置，还包括控制器，所述控制器包括输入单元、处理单元和输出单元，所述输出单元与所述至少一个旋转致动器的驱动器可操作地联接以指导所述运动引导装置的运动。

8.根据权利要求7所述的运动引导装置，还包括多个传感器，以测量所述三个关节或所述联接件网络的位置和/或方向，以及作用在所述联接件和所述关节之间的力/扭矩以及作用在所述运动引导装置与其环境之间的力/扭矩。

9.根据权利要求7所述的运动引导装置，还包括用户界面，所述用户界面与所述输入单元通信以接收来自操作者的指令。

10.根据权利要求1-9所述的运动引导装置，还包括至少一个致动器分支，所述至少一个致动器分支在一端在第一附接点处可操作地联接到所述联接件网络的一个联接件并且在相对端处在第二附接点，所述至少一个致动器分支包括至少一个致动器、一个或多个关节和联接件系统，所述至少一个致动器分支被配置为致动所述执行器板和所述三个旋转关节中的至少一个中的运动。

11.根据权利要求10所述的运动引导装置，其中，所述致动器分支的所述第二附接点将所述致动器分支连接到所述基座结构。

12.根据权利要求10所述的运动引导装置，其中，所述致动器分支的所述第二附接点将所述致动器分支连接到所述联接件网络的另一个联接件。

13.根据权利要求10所述的运动引导装置，其中，所述致动器分支的所述第二附接点将所述致动器分支连接到所述执行器板。

14.根据权利要求1-9所述的运动引导装置，还包括至少一个致动器分支，所述至少一个致动器分支在一端在第一附接点处可操作地联接到所述基座结构，并且在相对端在第二附接点处联接到所述执行器板，所述至少一个致动器分支包括至少一个致动器、一个或多个关节和联接件系统，所述至少一个致动器分支被配置为致动所述执行器板和所述三个旋转关节中的至少一个中的运动。

15.根据权利要求10-14所述的运动引导装置，还包括至少一个附加致动器分支，所述至少一个附加致动器分支在一端在第一附接点处可操作地联接到所述联接件网络的一个联接件并且在相对端处在第二附接点，所述至少一个附加致动器分支包括至少一个致动器、一个或多个关节和联接件系统，所述至少一个附加致动器分支被配置为致动所述执行器板和所述3个旋转关节中的至少一个中的运动。

16.根据权利要求10-14所述的运动引导装置，还包括至少一个附加致动器分支，所述至少一个附加致动器分支在一端在第一附接点处可操作地联接到所述基座结构，并且在相对端在第二附接点处联接到所述执行器板，所述至少一个附加致动器分支包括至少一个致动器、一个或多个关节和联接件系统，所述至少一个致动器分支被配置为致动所述执行器板和所述三个旋转关节中的至少一个中的运动。

17.根据权利要求10至16所述的运动引导装置，其中，任何致动器分支中的至少一个致动器为旋转致动器或线性致动器。

18.根据权利要求10至16所述的运动引导装置，其中，任何致动器分支中的至少一个关节选自旋转关节、万向关节、球形关节或线性关节。

19.根据权利要求1至18所述的运动引导装置，其中，所述联接件网络的几何形状是可调节的，以在三个维度上调节所述远程旋转中心的位置。

20.一种运动引导辅助系统，所述系统包括：

-权利要求1至19中任一项所述的运动引导装置；

-与权利要求1-19所述的运动引导装置串联连接的至少一个附加关节系统；以及

-与所述运动引导装置和所述至少一个附加关节系统通信的控制器，所述控制器被配置为致动和协调所述运动引导装置和所述至少一个附加关节系统的运动。

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