[发明专利]用于人手臂支承外骨骼的方法和装置

说明书

一种手臂支承外骨骼，其包括连接至手臂连杆机构的肩部基部。手臂连杆机构包括：被构造成围绕旋转关节相对于彼此旋转的近端连杆和远端连杆；适于将使用者的手臂连接至远端连杆的至少一个手臂连接器；连接至近端连杆和远端连杆并且提供使远端连杆相对于近端连杆屈曲的力矩的张力产生器；以及实质上位于旋转关节处的突出部。当远端连杆延伸超过肘节角度时，突出部限制张力产生器，并且张力产生器所提供的力矩保持为实质上较小。当突出部不限制张力产生器时，力矩倾向于使远端连杆相对于近端连杆屈曲，从而减小抬起使用者的手臂所需的人肩部的力和力矩。

技术领域

本发明属于用于人手臂的支承装置的领域，更具体而言属于被构造为在手臂举起期间减小人肩部的力矩的手臂支承装置。

背景技术

可以在美国专利第9,205,017B2号和美国专利申请第2014/0158839A1号中找到安装在人的躯干上、被构造为支承手臂重量的无源提升装置的例子。这样的装置被认为是有局限性的，因为当使用者打算将他/她的上臂放置在他/她的侧面或从他/她的工具腰带上拾取工具时，这样的装置不能够自动地切断或显著减少它们的辅助。这样的装置不提供支承力矩自动地减小至零的一系列持续的位置。除了少数几个定位点之外，这些装置总是对使用者的上臂施加提升力，从而在不需要辅助时的非工作姿态期间可能抑制运动并且产生不适感。

总体上，在本领域中已知被构造为辅助人支承工具重量的无源支承装置。典型的无源装置被构造为使用结构元件、弹簧、线缆和滑轮的组合在一系列位置补偿重力。这些装置的构造在有限的运动范围内提供重力补偿。另外，这些装置不允许提供实质上为零的力矩。可以在美国专利第6,821,259B2号和第7,325,777号中找到无源提升辅助装置的例子。这样的装置被认为是在功能方面相当有局限性的，因为每当使用者移动到新的地点时，这些装置的基部必须重新定位。安装在人的躯干上用于支承工具重量的无源提升辅助装置的例子包括美国专利第7,618,016B2号和美国专利申请公开第US2015/001269A1号。由于不能准确地跟随使用者的运动的笨重的框架，因此这样的装置被认为是相当有局限性的。

发明内容

这里描述的发明为使用者提供用于抬起他/她的上臂的支承力矩，从而减小了抬起上臂所需的人肩部的力和力矩。然而，当使用者打算将他/她的上臂放置在他/她的侧面或从他/她的工具腰带上拾取工具时，此处本发明的装置自动地将提升力减小至零(或者实质上较小的值)，从而允许穿戴者自由地移动他/她的上臂。在非工作姿态期间，期望为零的(或实质上较小的)力矩来允许人的上臂自由地运动或允许人的上臂在不受来自辅助装置施加的力矩的阻抗下放置。这在非工作姿态期间针对使用者产生了较大的整体舒适度。

在实施方式中，被构造为连接至人的手臂支承外骨骼包括：被构造为连接至人的躯干的肩部基部；以及被构造为连接至肩部基部的手臂连杆机构。手臂连杆机构包括：被构造为在人直立站立时围绕旋转关节并且沿实质上与重力线正交的第一旋转轴线相对于彼此旋转的近端连杆和远端连杆；适于将人的上臂连接至远端连杆的至少一个手臂连接器；在张力产生器的第一端部处连接至近端连杆并且在张力产生器的第二端部处连接至远端连杆的张力产生器，张力产生器提供使远端连杆相对于近端连杆屈曲的力矩；以及实质上位于旋转关节处的突出部。当远端连杆延伸超过肘节角度时，突出部限制张力产生器，并且张力产生器所提供的力矩保持为实质上较小，并且当突出部不限制张力产生器时，所述力矩具有使远端连杆相对于近端连杆屈曲的倾向，从而减小抬起人的上臂所需的人肩部的力和力矩。