TW201634025A - 具有坐式支架的外骨骼裝置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種外骨骼裝置包括各可附接至一使用者之一部分的複數個托架。複數個關節連接相鄰的托架。各關節可控制以彎曲或伸直，以便使得該外骨骼裝置在一豎立配置及一坐下配置之間改變。至少一個支持柱可從一托架延伸。該支持柱的一長度是可調整的。一控制器，配置為與一關節的該彎曲或伸直協調地調整該支持柱的該長度，以在該坐下配置下時針對該外骨骼裝置提供支持。

Description

具有坐式支架的外骨骼裝置及其操作方法
本發明關於外骨骼。更具體而言，本發明關於具有坐式支架的外骨骼裝置及其操作方法。
世界已發展城市中約6百萬人由於下肢的殘疾被限制在輪椅。這樣的下肢殘疾可能由傷害(例如脊髓傷害或腦創傷傷害)或由疾病(例如中風、腦性麻痺、脊柱裂、多發性硬化症)或由其他類型的傷害或疾病所造成。被限制在輪椅可能造成嚴重的生理及心理惡化，且可能導致差的健康或生活品質或低下的自尊。其結果是，被限制在輪椅可能導致高的醫費用。輪椅使用者力求會允許直立行動性的輔助性工具，且因此改良他們的健康、生活品質及社會地位。
已描述附接至殘疾人士的身體且允許該人行走的外骨骼裝置。這樣的外骨骼裝置可經控制以執行各種移動。這樣的外骨骼裝置可用以在沒有其他人協助的情況下允許人行走且同時站立或同時拄著拐杖。外骨骼裝置可經控制以允許活動及進出可能難以或不可能使用輪椅的地方。
因此依據本發明的一實施例提供一外骨骼裝置，包括：複數個托架，各可附接至一使用者的一部分；複數個關節，連接該複數個托架的相鄰托架，各關節係可控制以彎曲或伸直，以便使得該外骨骼裝置在一豎立配置及一坐下配置之間改變；至少一個支持柱，可從該複數個托架的一托架延伸，該至少一個支持柱的一長度是可調整的；及一控制器，配置為與該複數個關節之一關節的該彎曲或伸直協調地調整該至少一個支持柱的該長度，以在該坐下配置下時針對該外骨骼裝置提供支持。
並且，依據本發明的一實施例，該控制器係更配置為與該關節的該彎曲或伸直協調地調整該至少一個支持柱的該長度，以在該豎立配置及該坐下配置之間改變時針對該外骨骼裝置提供支持。
並且，依據本發明的一實施例，該控制器係配置為，在一坐下操作的該開始時將該至少一個支持柱延伸至一支持表面，及隨著該坐下操作進展縮短該至少一個支持柱。
並且，依據本發明的一實施例，該複數個托架的該托架係一軀幹托架。
並且，依據本發明的一實施例，該至少一個支持柱包括複數個套疊體節。
並且，依據本發明的一實施例，該控制器係配置為調整該至少一個支持柱的一角度。
並且，依據本發明的一實施例，該控制器係配置為隨著一坐下操作進展逐漸延伸該至少一個支持柱。
並且，依據本發明的一實施例，該至少一個支持柱包括兩個支持柱。
並且，依據本發明的一實施例，該控制器係配置為延伸該至少一個支持柱，以在一站立操作之該過程的期間維持與一支持表面接觸。
並且，依據本發明的一實施例，該控制器係配置為在該站立操作的該結束時回縮該至少一個支持柱。
並且，依據本發明的一實施例，該控制器係配置為在一站立操作之該過程的期間逐漸縮短該至少一個支持柱。
係依據本發明的一實施例進一步提供一種控制一外骨骼裝置之一坐下操作的方法，該裝置包括：托架，各可附接至一使用者的一部分，及複數個關節，使得各關節連接該等托架的相鄰托架；及至少一個支持柱，具有一可調整長度，該方法包括以下步驟：延伸該至少一個支持柱；將該等關節彎曲至一坐下配置；及與該等關節的該彎曲協調地調整該至少一個支持柱的該長度。
並且，依據本發明的一實施例，調整該長度包括以下步驟：將該至少一個支持柱延伸至一支持表面。
並且，依據本發明的一實施例，調整該長度包括以下步驟：與該彎曲協調地縮短該至少一個支持柱。
並且，依據本發明的一實施例，調整該長度包括以下步驟：與該彎曲協調地逐漸延伸該至少一個支持柱。
並且，依據本發明的一實施例，該方法更包括以下步驟：調整該至少一個支持柱的一角度。
係依據本發明的一實施例進一步提供一種控制一外骨骼裝置之一站立操作的方法，該裝置包括：托架，各可附接至一使用者的一部分，及複數個關節，使得各關節連接該等托架的相鄰托架；及至少一個支持柱，具有一可調整長度，該方法包括以下步驟：將該等關節伸直至一站立配置；及與該等關節的該伸直協調地調整該至少一個支持柱的該長度。
並且，依據本發明的一實施例，調整該長度包括以下步驟：與該伸直協調延長該至少一個支持柱，以維持該至少一個支持柱與一支持表面接觸。
並且，依據本發明的一實施例，該方法更包括以下步驟：在實現該站立配置時回縮該至少一個支持柱。
並且，依據本發明的一實施例，調整該長度包括以下步驟：與該伸直協調地縮短該至少一個支持柱。
10‧‧‧外骨骼裝置
12‧‧‧軀幹托架
14‧‧‧腿托架
15‧‧‧調整結構
16‧‧‧可控制關節
17‧‧‧臀部支架
18‧‧‧腿支架
19‧‧‧腳支架
20‧‧‧柱延伸機制
22‧‧‧支持柱
30‧‧‧控制器
32‧‧‧處理器
34‧‧‧資料存儲單元
36‧‧‧感應器
38‧‧‧使用者控制件
40‧‧‧延伸運動
41‧‧‧傾斜運動
42‧‧‧支持表面
100‧‧‧坐下操作
110‧‧‧方塊
120‧‧‧方塊
130‧‧‧方塊
140‧‧‧方塊
200‧‧‧站立操作
210‧‧‧方塊
220‧‧‧方塊
230‧‧‧方塊
240‧‧‧方塊
為了更佳地了解本發明及理解其實際應用，係於下文中提供及參照以下圖式。應注意的是，係僅將圖式提供為示例且絕不限制本發明的範圍。類似的元件係標以類似的參考標號。
圖1A示意性地繪示具有站立配置下之整合式坐式支架的外骨骼裝置，依據本發明的一實施例。
圖1B示意性地繪示關於控制圖1A中所示之外骨骼裝置的元件。
圖2示意性地繪示坐下操作開始時之豎立配置下之圖1A中所示的外骨骼裝置。
圖3示意性地繪示在坐下操作期間之部分坐下配置下之圖1A中所示的外骨骼裝置。
圖4A示意性地繪示坐下操作結束時之坐下配置下之圖1A中所示的外骨骼裝置。
圖4B係圖4A中所示之配置的示意側視圖。
圖5A係一流程圖，描繪外具有整合式坐式支架之骨骼裝置的坐下操作，依據本發明的一實施例。
圖5B係一流程圖，描繪外具有整合式坐式支架之骨骼裝置的站立操作，依據本發明的一實施例。
在以下的詳細說明中，係闡述許多特定細節以提供本發明的完整了解。然而，將由本領域中具通常技藝者所了解的是，可在沒有這些特定細節的情況下實行本發明。在其他實例中，未詳細描述習知的方法、程序、元件、模組、單元及/或電路以便不模糊本發明。
雖然本發明的實施例在這方面不受限制，利用例如為「處理」、「計算」、「運算」、「決定」、「建立」、「分析」、「檢查」或類似物之用語的討論可指電 腦、計算平台、計算系統或其他電子計算裝置的操作(或多個)及/或程序(或多個)，該等操作及/或程序將表示為電腦暫存器及/或記憶體內之物理(例如電子)量的資料操控及/或轉換成類似地表示為電腦暫存器及/或記憶體或可儲存指令以執行操作及/或程序之其他資訊非暫時性存儲媒體(例如記憶體)內之物理量的其他資料。雖然本發明的實施例在此方面不受限制，如本文中所使用的用語「複數」及「複數個」可例如包括「多個」或「二或更多個」。用語「複數」或「複數個」可在本說明書各處用以描述二或更多個元件、裝置、構件、單元、參數或類似物。除非明確表明，本文中所述的方法實施例係不限於特定順序或序列。此外，所述方法實施例或其構件的某些部分可同步、在相同時間點或並行發生或執行。除非原本指示，如本文中所使用之連接詞「或」的使用要了解為包容性的(任何或所有所表明的選項)。
依據本發明的一實施例，外骨骼裝置係配置為允許使用者坐下。使用者一般可為下肢殘疾的人，且該人使用外骨骼裝置以協助行走或進行其他操縱。
外骨骼裝置可附接至使用者的身體。例如，外骨骼裝置的各種托架可綁、夾或在其他情況下附接至使用者身體的相對應部分。這樣的托架一般可包括附接至使用者骨盆或下軀幹的骨盆或軀幹托架及附接至使用者腿之體節(例如大腿、小腿或腳)的各種腿托架。
各托架可透過機動化或在其他情況下致動之關節接合或連接至一或更多個相鄰的托架。一般而言，外骨骼托架中的關節當附接至使用者時，係定位於使用者的相對應關節(例如髖、膝或踝)的附近。該等關節中的一或更多者可透過控制器來操作以彎曲，因此彎曲使用者的相對應關節。該等關節可以預定序列操作，且經受預定條件，以行走步態移動或執行另一動作。例如，使用者可操作控制、執行一或更多個操控(例如向前或以另一方向傾斜、在腿或腳托架上施加傾斜力、傾斜軀幹托架或另一操控)或兩者以起始動作或繼續動作。關節可經控制以彎曲或伸直以使得外骨骼在豎立配置及坐下配置之間改變。
例如，使用者可操作控制以指示坐下的意圖或期望。外骨骼裝置的關節(例如膝及髖關節)可經致動以彎曲或撓曲以將使用者帶到坐下位置。同時，延伸器機制可用以朝地面、地板或直接在外骨骼裝置下方且將使用者或外骨骼裝置支持於其上的其他表面向下延伸(例如向外套疊、張開或在其他情況下延伸)一或更多個支持柱。這樣的表面在本文中稱為支持表面。一般而言，延伸係以相對於垂直的斜角同時向下及向後。例如，斜角可在約10°至約45°的範圍中。相對於垂直的角度可在坐下操作的過程期間改變(例如逐漸減少)。
支持柱可從托架中的一或更多者向下延伸。例如，支持柱中的一或更多者可從軀幹托架、從大腿托架或在外骨骼裝置上的其他處延伸。在某些情況下，支持柱可 從外骨骼裝置的上部分延伸(當附接至直立站立位置下的使用者時)。
同時彎曲關節及延伸支持柱可將使用者帶到穩定的坐下位置。在穩定的坐下位置下，使用者及外骨骼裝置的重心可穩定地定位於使用者的腿(當附接至外骨骼裝置的腿托架時)及延伸的支持柱之間。使用者的身體在藉由併進外骨骼裝置之部分的各種約束結構(例如條帶、棒、板、托盤或其他結構)坐下的同時可被支持，該各種約束結構支持使用者的大腿、髖、骨盆或臀部。
例如，延伸器機制可快速延伸支持柱以在坐下操作的開始時接觸支持表面。在繼續坐下操作的期間，隨著關節繼續彎曲，延伸器機制可用以在坐下操作進展時逐漸縮短支持柱，直到實現最終的坐下位置為止。
當使用者操作控制以指示從坐下位置站立的意圖時，外骨骼裝置的關節可經致動以拉直或伸直。同時，延伸器機制可用以回縮柱(例如用以向內套疊、摺疊或在其他情況下回縮)。相對於垂直之柱的角度可在站立操作的過程期間改變(例如逐漸增加)。
在某些情況下，在回縮柱之前，延伸器機制可用以一開始進一步延伸柱以在站立程序期間維持與支持表面接觸。當站立操作結束或閉合至要結束(例如關節中之一或更多者的彎曲角度小於門檻值)時，可回縮支持柱。
具有整合式坐式支架的外骨骼裝置可能優於其他裝置的是允許行動性及坐下性能。外骨骼裝置的使用 者可能在不可取得合適的座位時需要休息。例如，使用者可能位於一開放區域中，在該開放區域中，不具整合式坐式支架之外骨骼中的人可能不總是能夠找到適合坐下的椅子或表面。例如，扶手椅可能太窄以至於不能接納外骨骼裝置。無靠背的板凳或椅子可能不提供充足的穩定性。具有站立性能的行動椅可能不能進出對於外骨骼裝置中的人而言會是可進出的地方。
支持柱亦可在坐下或站立以外的用途期間提供功能。例如，在行走或下地步行操作期間，支持柱可維持部分延伸。因此，支持柱可提供額外的安全措施來防止向後跌倒。
圖1A示意性地繪示具有站立配置下之整合式坐式支架的外骨骼裝置，依據本發明的一實施例。圖1B示意性地繪示關於控制圖1A中所示之外骨骼裝置的元件。
外骨骼裝置10包括軀幹托架12。軀幹托架12可使用一或更多個條帶、帶、皮帶、夾具或其他結構來附接至使用者的骨盆或下軀幹。各個腿托架14可類似地附接至使用者腿的一部分(大腿或小腿)。腿托架14可包括用以將腿托架14契合至腿托架14所附接至之使用者腿之一部分的調整結構15。腿支架18可配置為附接至、保持、支持或升降使用者腿的一部分(例如大腿、腿或其他部分)。例如，腿支架18可包括托架、條帶或其他結構以附接至或支持腿的一部分。腳支架19可配置為附接 至、保持、支持或升降使用者的腳。例如，腳支架19可包括鞋面、托架、條帶或其他結構以附接至、保持或支持腳。臀部支架17(圖2)(例如包括托架、條帶或其他結構)可配置為在外骨骼裝置10處於坐下配置下時支持使用者的臀部及軀幹。
外骨骼裝置10的相鄰的托架(例如軀幹托架12及腿托架14)係透過可控制關節16彼此接合。各個可控制關節16係經機動化或在其他情況下供以致動器。致動器可經控制以調整可控制關節16以改變由該可控制關節16所接合之兩個托架的相對定向。例如，可控制關節16可包括旋轉馬達及合適的旋轉傳動裝置。可控制關節16可包括編碼器或其他感應器，該等編碼器或其他感應器可測量在經接合托架之間打開之當前角度、角度上的改變、或經接合托架之當前相對定向的另一指示或相對定向上的改變。
柱延伸機制20可用以延伸或回縮一或更多個支持柱22。支持柱22可向外骨骼裝置10的下方及後方延伸(例如延伸至外骨骼裝置10所附接至的使用者背部)。在所示的示例中，支持柱22係可從軀幹托架12延伸。例如，柱延伸機制20可包括一或更多個機械、液壓、氣動或電磁致動器或與一或更多個機械、液壓、氣動或電磁致動器通訊以延伸或回縮支持柱22。例如，支持柱22可包括複數個套疊或可摺疊區段。支持柱22的長度可調整至一範圍中的長度，該範圍從當支持柱22完全回縮時的最 小長度到當支持柱22完全延伸時的最大長度。例如，最大長度可足夠長，使得支持柱22可在外骨骼裝置10豎立時(例如當所有可控制關節16伸直時)到達支持表面42。最大長度可較從柱延伸機制20到外骨骼裝置10之底部(例如腳支架19的底部)的垂直距離為長。因此，支持柱22亦可在外骨骼裝置10豎立且支持表面42具有向上斜率(例如使用者前方向上的斜率)時到達支持表面42。
外骨骼裝置10之一或更多個元件的操作可由控制器30所控制。控制器30可併進外骨骼裝置10、安裝於外骨骼裝置10上或可與外骨骼裝置10通訊。例如，控制器30的一或更多個元件可安裝於軀幹托架12、腳托架14、柱延伸機制20、可控制關節16或外骨骼裝置10之其他處中的一或更多者上或內。控制器30的一或更多個元件可安裝或保持在背包或其他容器中，該背包或其他容器係由外骨骼裝置10的使用者所穿戴或承載、安裝至外骨骼裝置10或遠離外骨骼裝置10(例如透過有線或無線連接來進行通訊)。控制器30的一或更多個元件可同電池或其他電源收容在一起或收容在電池或其他電源附近以供操作外骨骼裝置10。
控制器30可控制可控制關節16及柱延伸機制20中之一或更多者的操作。控制器30可回應於從使用者控制件38或感應器36所接收的訊號而進行操作。
使用者控制件38可包括一或更多個使用者可操作控制件，該一或更多個使用者可操作控制件可由外骨 骼裝置10的使用者或另一操作者(例如技術員或其他維護或訓練人員、提供協助或照顧使用者的人或其他人)由所操作。控制件可包括一或更多個裝置，該一或更多個裝置可經操控或在其他情況下操作以指示命令以執行或停止操作或動作。這樣的裝置可例如包括按鈕或鍵、槓桿、撥號盤、指向裝置、觸控感應裝置(例如按鈕)、板、螢幕或其他觸控應感裝置)、傳聲器或其他聲音感應裝置或其他使用者可操作裝置。使用者控制件38的一或更多個裝置可定位於控制器30、外骨骼裝置10上或外骨骼裝置10的使用者或操作員可存取的遠端控制單元上。使用者控制件38的操作可產生傳送至控制器30且可由控制器30解譯的訊號。
感應器36可包括一或更多個感應裝置，該一或更多個感應裝置係配置為產生指示感應量的訊號。訊號可傳送至控制器30且由控制器30解譯。某些或所有感應器36可定位於外骨骼裝置10上或使用者(例如穿戴或附接至使用者)上。例如，感應器36可包括一或更多個角度感應器(例如編碼器或其他角度感應器)以感應可控制關節16(例如用以監測可控制關節16的操作)或另一關節(例如在腳支架19及相鄰腿托架14之間的非機動化關節)的彎曲角度。感應器36可包括一或更多個傾斜感應器以感應外骨骼裝置10(例如軀幹托架12或腿托架14的)或使用者(例如穿戴於軀幹上或使用者上其他處)的傾斜。傾斜感應器讀數可經解譯以偵測跌倒、起始動作或 決定動作被允許(例如行走步態的步伐或其他動作)或監測動作的進展。感應器36可包括一或更多個慣性感應器(例如加速度計、陀螺儀或其他慣性感應器)，該一或更多個慣性感應器感應外骨骼裝置10或使用者之定向或加速度上的改變(例如用以偵測跌倒或需要注意的其他情況)。感應器36可包括一或更多個地面力感應器，該一或更多個地面力感應器偵測由外骨骼裝置10的一部分(例如腳支架19、支持柱22或外骨骼裝置10的另一元件)在支持表面42上所施加的力(例如用以監測動作的進展、偵測依靠在腿托架上、偵測跌倒或需要注意的其他情況)。感應器36可包括用以感應距表面或物件之距離的一或更多個接近感應器，或用以偵測外骨骼裝置10之元件(例如支持柱22)與表面或物件進行之接觸的接觸感應器。
控制器30可包括處理器32。處理器32可包括一或更多個互通處理單元，其可彼此遠離(例如單獨收容在外骨骼裝置10上或內或其他處)。處理器32可配置為依據經編程指令(例如如資料存儲單元34中所儲存的)來操作。
資料存儲單元34可包括一或更多個固定或可移除式、依電或非依電性、資料存儲或記憶裝置。資料存儲單元34可用以例如儲存經編程指令以供操作處理器32、資料或參數以供在操作期間由處理器32使用或處理器32的操作結果。
例如，當由使用者控制件38的操作指示時，控制器30可操作外骨骼裝置10以開始坐下操作。坐下操作包括操作可控制關節16以彎曲以將使用者帶到坐下位置。在坐下操作期間，支持柱22被延伸。因此，使用者及外骨骼裝置10的重心係在外骨骼裝置10處於坐下或部分坐下配置下時穩定支持於經延伸的支持柱22及腳支架19之間。
圖2示意性地繪示坐下操作開始時之豎立配置下之圖1A中所示的外骨骼裝置。
當坐下操作被起始時，外骨骼裝置10可處於豎立配置下，使得外骨骼裝置10所附接至的使用者站直。例如，所有可控制關節16可處於伸直配置下。在某些情況下，坐下操作可從另一配置(例如依靠、蹲下、弓身、行走、部分坐下或另一配置)起始。
當開始坐下操作時或在開始坐下操作之後的時間點，柱延伸機制20可用以以延伸運動40延伸一或更多個支持柱22。支持柱22可一開始經延伸以接觸或接近(例如到支持表面42的預定距離內)支持表面42。例如，支持柱22可向下及向後延伸至先前已決定的預定長度以到達支持表面42。替代性地或附加性地，支持柱22之頂端對於支持表面42的接觸或接近(例如在預定距離內)可由接觸或接近感應器所決定。因此，當支持表面42不均勻(例如傾斜、石質的、包括丘陵或坑或包括其他物件或地形)時，不同的支持柱22可延伸至不同的長度。
柱延伸機制20亦可配置為以傾斜運動41相對於垂直而控制或改變支持柱22的角度。例如，在坐下操作期間，支持柱22的角度可從初始角度(例如從柱延伸機制20向下及向後傾斜至支持表面42)改變至最終角度(例如在水平支持表面42上靠近垂直)。
作為另一示例，支持柱22隨著一或更多個可控制關節16彎曲可逐漸延伸，以便在需要時提供支持(例如在使用者及外骨骼裝置10的重心側向移動至腳支持19的位置使得需要額外支持時)。使用者可操控叉狀架以在逐漸延伸支持柱22的期間提供支持。
例如，柱延伸機制20可操作機動化或在其他情況下操作的致動器，該致動器延伸支持柱22的套疊體節。一或更多個壓縮的機械、液壓或氣動彈簧可被釋放以延伸支持柱22的套疊體節。支持柱22的帶螺紋的套疊體節可旋轉以延伸套疊體節。另一機械機制(例如滑輪及張力線、熱膨脹、的系統)泵可操作液壓或氣動機制以延伸支持柱22的套疊體節。電磁排斥或另一機制可用以延伸支持柱22的套疊體節。
支持柱22的套疊體節可供以一或更多個掣子、鎖或止動器或另一固定機制。固定機制可為連續的(例如藉由操作止動器或夾具)，使得支持柱22可固定在任何長度(例如最小、中間或最大)。在某些情況下，固定機制可配置(例如藉由隔開的掣子或鎖)為將支持柱22的長度固定在支持柱22的一或更多個預定的停止位置或 離散長度。固定機制可配置為在電源故障的事件時或其他預定的失靈或故障情況下自動啟用。
替代於或附加於套疊體節，可提供一或更多個其他機制以延伸支持柱22。例如，支持柱22可包括可充氣結構(例如具有伸縮褶襉或其他物)、可開啟、展開、張開或解開的摺疊或捲曲結構、熱性或在其他情況下啟用的記憶材料或用於延伸支持柱22的另一機制。
在延伸支持柱22之前、之後或同時，可控制關節16可用以開始彎曲。可控制關節16的彎曲可將外骨骼裝置10從豎立或站立配置朝坐下配置帶。
在整個坐下操作中，使用者可操控叉狀架或在其他情況下行動(例如藉由抓住附近的結構)以協助在整個坐下操作中維持穩定性。
圖3示意性地繪示在坐下操作期間之部分坐下配置下之圖1A中所示的外骨骼裝置。
如所示，可控制關節16已被控制以彎曲至0°(豎立或站立)及90°(坐下)之間的斜角。支持柱22(其可已一開始在外骨骼裝置10處於豎立配置下時延伸至支持表面42)已隨著可控制關節16的彎曲一起縮短。例如，柱延伸機制20可已用以部分回縮支持柱22(例如藉由反向操作延伸機制來進行)。藉由維持支持柱22與支持表面42接觸，外骨骼裝置10可在整個坐下操作維持穩定。因此，在坐下操作被中斷(例如因為電源故障或其 他失靈或預定情況)的事件時，使用者可繼續穩定地由外骨骼裝置10所支持。
同時彎曲可控制關節16及調整支持柱22之長度的坐下操作可繼續直到外骨骼裝置10處於坐下配置下為止。
圖4A示意性地繪示坐下操作結束時之坐下配置下之圖1A中所示的外骨骼裝置。圖4B係圖4A中所示之配置的示意側視圖。
當坐下操作完成時，可控制關節16係彎曲大概約90°(例如小腿於膝蓋處大約垂直於大腿，大腿於髖部處大約垂直於軀幹)。一或更多個支持柱22的長度當在坐下配置下時已被調整(例如部分回縮)以延伸至支持表面42。支持柱22的長度已被固定。使用者的身體(例如使用者大腿、臀部及骨盆區域中的一或更多者)係由支持結構18所支持。
當由適當控制件或感應器的操作所指示時，外骨骼裝置10可經控制以開始站立操作。站立操作包括操作可控制關節16以拉直或伸直以將使用者帶到站立位置。在站立操作期間，支持柱22被延長。因此，使用者及外骨骼裝置10的重心在外骨骼裝置10處於部分坐下或站立配置下時保持穩定支持於支持柱22及腳支架19之間。
在開始站立操作時，外骨骼裝置10係處於坐下配置下，如圖4A及4B中所示。支持柱22的長度已被調整以在坐下配置下接觸支持表面42。
為了開始站立操作，可控制關節16係用以藉由減少它們的彎曲角度來伸直。同時，支持柱22可被延長以維持與支持表面42接觸且維持外骨骼裝置10的穩定性。在延伸力延長支持柱22的情況下，延長支持柱22可協助將外骨骼裝置10升起至站立配置。
隨著可控制關節16被拉直及支持柱22被延長，外骨骼裝置10係處於部分坐下配置下，如圖3中所示。
替代性地或附加性地，支持柱22可在站立操作的過程期間逐漸縮短。外骨骼裝置10的穩定性可藉由使用者操控叉狀架在站立操作的過程期間被維持。
繼續延伸可控制關節16及延長支持柱22可使得外骨骼裝置10採取豎立配置，如圖2中所示。此時，支持柱22可完全回縮。
在整個站立操作中，使用者可操控叉狀架或在其他情況下行動(例如藉由抓住附近的結構)以協助在整個站立操作中維持穩定性或在其他情況下以協助站立操作。例如，外骨骼裝置10可配置為僅在感應到支持柱22上的地面力減少之後開始站立操作。
外骨骼裝置10的控制器可配置為在坐下操作期間控制外骨骼裝置10的操作。
圖5A係一流程圖，描繪具有整合式坐式支架之外骨骼裝置的坐下操作，依據本發明的一實施例。
針對本文中所參照的任何流程圖應了解的是，已僅為了方便及明確而選擇將所繪示的方法分割成由流程圖之方塊所表示的離散操作。將所繪示的方法替代性地分割成離散操作在具有等效結果的情況下是可能的。將所繪示的方法如此替代性地分割成離散操作應被了解為表示所繪示之方法的其他實施例。
類似地，應了解的是，除非原本指示，已僅為了方便及明確而選擇由本文中所參照之任何流程圖的方塊所表示之操作執行的經繪示順序。所繪示之方法的操作可在具有等效結果的情況下以替代順序執行或同時執行。如此重新排序所繪示之方法的操作應被了解為表示所繪示之方法的其他實施例。
坐下操作100可由外骨骼裝置的控制器所執行。坐下操作100可在外骨骼裝置處於豎立配置下時執行(方塊110)。
外骨骼裝置可用以延伸一或更多個支持柱(方塊120)。例如，支持柱可完全延伸以到達支持表面，或可部分延伸。
外骨骼裝置的可控制關節可屈曲或彎曲以將外骨骼裝置帶到坐下配置(方塊130)。支持柱的長度可以與關節的彎曲協調的方式調整(例如縮短或延長)(方塊140)。例如，支持柱的長度可依據一或更多個感應器 讀數來調整。支持柱相對於垂直的角度亦可被調整。感應器讀數可例如指示關節的彎曲角度或支持柱及將外骨骼裝置放置或定位於其上之支持表面之間的接觸力。該調整可配置為向外骨骼裝置提供穩定性，以最小化外骨骼裝置元件上的應力，以提供使用者舒適度或另一用途。
當坐下操作完成時，使用者可處於坐下位置下。
外骨骼裝置的控制器可配置為在站立操作期間控制外骨骼裝置的操作。
圖5B係一流程圖，描繪具有整合式坐式支架之外骨骼裝置的坐下操作，依據本發明的一實施例。
站立操作200可由外骨骼裝置的控制器所執行。站立操作200可在外骨骼裝置處於坐下配置下時執行(方塊210)。
外骨骼裝置的可控制關節可拉直或伸直以將外骨骼裝置帶到站立配置(方塊220)。支持柱的長度可以與關節的伸直協調的方式調整(例如延長或縮短)(方塊230)。例如，支持柱的長度可依據一或更多個感應器讀數來調整。支持柱相對於垂直的角度亦可被調整。感應器讀數可例如指示關節的彎曲角度或支持柱及將外骨骼裝置放置或定位於其上之支持表面之間的接觸力。該調整可配置為向外骨骼裝置提供穩定性，以最小化外骨骼裝置元件上的應力，以提供使用者舒適度或另一用途。
當關節已充份拉直時(例如在外骨骼裝置處於豎立配置下或充份接近豎立配置(例如彎曲角度小於門檻值)時)，支持柱可完全或部分回縮(方塊240)。例如，回縮支持柱可防止干擾外骨骼裝置的另一功能，例如行走或另一功能。
當站立操作完成時，使用者可處於站立位置下。
在本文中揭露了不同的實施例。某些實施例的特徵可與其他實施例的特徵結合；因此某些實施例可為多個實施例之特徵的組合。已為了說明及描述的目的呈現上述本發明的實施例說明。係不欲為窮盡的或將本發明限於所揭露的準確形式。應由本領域中具技藝者所理解的是，鑒於以上的教示，許多更改、變化、替代、改變及等效物是可能的。因此，要了解的是，當落於本發明的真正精神內時，隨附的請求項係欲涵蓋所有這樣的更改及改變。
雖然在本文中已繪示及描述本發明的某些特徵，本領域中具通常技藝者現將領悟許多更改、替代、改變及等效物。因此，要了解的是，當落於本發明的真正精神內時，隨附的請求項係欲涵蓋所有這樣的更改及改變。
10‧‧‧外骨骼裝置
12‧‧‧軀幹托架
14‧‧‧腿托架
16‧‧‧可控制關節
18‧‧‧腿支架
19‧‧‧腳支架
20‧‧‧柱延伸機制
22‧‧‧支持柱
30‧‧‧控制器
32‧‧‧處理器
34‧‧‧資料存儲單元
36‧‧‧感應器
38‧‧‧使用者控制件
42‧‧‧支持表面

Claims (20)

  1. 一種外骨骼裝置，包括：複數個托架，各可附接至一使用者的一部分；複數個關節，連接在所述複數個托架的相鄰托架，各關節係可控制以彎曲或伸直，以便使得該外骨骼裝置在一豎立配置及一坐下配置之間改變；至少一個支持柱，可從所述複數個托架的一托架延伸，所述至少一個支持柱的一長度是可調整的；及一控制器，配置為與所述複數個關節之一關節的該彎曲或伸直協調地調整所述至少一個支持柱的該長度，以在該坐下配置下時針對該外骨骼裝置提供支持。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該控制器係更配置為與該關節的該彎曲或伸直協調地調整所述至少一個支持柱的該長度，以在該豎立配置及該坐下配置之間改變時針對該外骨骼裝置提供支持。
  3. 如請求項2所述之裝置，其中該控制器係配置為，在一坐下操作的該開始時將所述至少一個支持柱延伸至一支持表面，及隨著該坐下操作進展縮短所述至少一個支持柱。
  4. 如請求項1所述之裝置，其中所述複數個托架的所述托架係一軀幹托架。
  5. 如請求項1所述之裝置，其中所述至少一個支持柱包括複數個套疊體節。
  6. 如請求項1所述之裝置，其中該控制器係配置為調整所述至少一個支持柱的一角度。
  7. 如請求項1所述之裝置，其中該控制器係配置為隨著一坐下操作進展逐漸延伸所述至少一個支持柱。
  8. 如請求項1所述之裝置，其中所述至少一個支持柱包括兩個支持柱。
  9. 如請求項1所述之裝置，其中該控制器係配置為延伸所述至少一個支持柱，以在一站立操作之該過程的期間維持與一支持表面接觸。
  10. 如請求項9所述之裝置，其中該控制器係配置為在該站立操作的該結束時回縮所述至少一個支持柱。
  11. 如請求項1所述之裝置，其中該控制器係配置為在一站立操作之該過程的期間逐漸縮短所述至少一個支持柱。
  12. 一種控制一外骨骼裝置之一坐下操作的方法，該裝置包括各可附接至一使用者的一部分的托架，及複數個關節，使得各關節連接該等托架的相鄰托架，及具有一可調整長度的至少一個支持柱，該方法包括以下步驟：延伸所述至少一個支持柱；將該等關節彎曲至一坐下配置；及與該等關節的該彎曲協調地調整所述至少一個支持柱的該長度。
  13. 如請求項12所述之方法，其中調整該長度包括以下步驟：將所述至少一個支持柱延伸至一支持表面。
  14. 如請求項13所述之方法，其中調整該長度包括以下步驟：與該彎曲協調地縮短所述至少一個支持柱。
  15. 如請求項12所述之方法，其中調整該長度包括以下步驟：與該彎曲協調地逐漸延伸所述至少一個支持柱。
  16. 如請求項12所述之方法，更包括以下步驟：調整所述至少一個支持柱的一角度。
  17. 一種控制一外骨骼裝置之一站立操作的方法，該裝置包括各可附接至一使用者的一部分的托架，及複數個關節，使得各關節連接該等托架的相鄰托架，及具有一可調整長度的至少一個支持柱，該方法包括以下步驟：將該等關節伸直至一站立配置；及與該等關節的該伸直協調地調整所述至少一個支持柱的該長度。
  18. 如請求項17所述之方法，其中調整該長度包括以下步驟：與該伸直協調延長所述至少一個支持柱，以維持所述至少一個支持柱與一支持表面接觸。
  19. 如請求項18所述之方法，更包括以下步驟：在實現該站立配置時回縮所述至少一個支持柱。
  20. 如請求項17所述之方法，其中調整該長度包括以下步驟：與該伸直協調地縮短所述至少一個支持柱。
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