辅助行走设备和控制所述辅助行走设备的方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求于2013年12月30日在韩国知识产权局提交的第10-2013-0166515 号韩国专利申请的权益，所述专利申请的公开内容通过引用合并于此。
技术领域
[0002] 本发明的实施例涉及一种辅助行走设备和控制所述辅助行走设备的方法。
【背景技术】
[0003] 辅助行走设备是帮助遭受行走不便的用户从而允许用户容易行走的机械装置。人 们可能因为先天原因（诸如遗传缺陷）或后天原因（诸如年龄、疾病和事故）而遭受行走 不便。辅助行走设备已经发展为解决这样的行走不便。
[0004] 辅助行走设备的示例包括设置有至少一个轮子和支撑体的辅助行走车和将行走 所需的力施加到人体的肌肉以辅助用户行走的辅助行走机器人。
[0005] 辅助行走机器人被固定到人体的臀部、股部或胫部，从而通过经由致动器和各种 机械装置施加有助于用户的肌肉和关节运动的辅助力（诸如旋转力）来辅助肌肉和关节运 动。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明的一方面提供一种辅助行走设备和控制所述辅助行走设备的方法， 其中，所述辅助行走设备包括允许用户直观地调节辅助行走设备的性能的输入单元。
[0007] 本发明的其他方面将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地将从描述中是显然 的，或者可通过本发明的实施而得知。
[0008] 根据本发明的一方面，一种辅助行走设备包括：输入单元，被设置为调节辅助行走 设备的可变特性；处理器，响应于通过输入单元对可变特性的调节而调节与可变特性的调 节相关的可变参数；致动器，响应于用于改变可变特性对可变参数的调节，输出改变的辅助 力。
[0009] 根据本发明的一方面，一种辅助行走设备包括：输入单元，设置有用于调节辅助行 走设备的可变特性的用户界面，其中，可变特性包括以下项中的至少一项：辅助力的大小、 辅助行走设备的响应速度和辅助行走设备的运动平稳性；致动器，响应于通过用户界面对 可变特性的调节，输出改变的辅助力以改变可变特性。
[0010] 根据本发明的一方面，一种控制辅助行走设备的方法包括：通过输入单元接收用 于调节可变特性的调节命令；响应于用于调节可变特性的调节命令，处理器调节与可变特 性的调节相关的可变参数；响应于对可变参数的调节，致动器输出改变的辅助力。
【附图说明】
[0011] 通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面将变得 清楚和更易于理解，其中：
[0012] 图1是示出根据示例性实施例的辅助行走设备的前视图；
[0013] 图2是示出根据一实施例的辅助行走设备的侧视图；
[0014] 图3是示出根据一实施例的辅助行走设备的框图；
[0015] 图4和图5是示出根据一实施例的行走模型的示图；
[0016] 图6和图7是示出根据各种实施例的提供给辅助行走设备的输入单元的用于调节 可变特性的用户界面的概念图；
[0017] 图8是示出根据一实施例的对辅助行走设备的负载转矩的阶跃输入的时间响应 的不图；
[0018] 图9是示出根据阻尼比的超调量（overshoot)的变化的示图；
[0019] 图10是示出随着固有频率的上升时间和调整时间的变化的示图；
[0020] 图11是示出根据一实施例的控制辅助行走设备的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021] 现在将详细参考在附图中示出了示例的本发明的实施例，其中，相同的参考标号 始终表示相同的元件。
[0022] 图1是示出根据示例性实施例的辅助行走设备的前视图，图2是示出根据一实施 例的辅助行走设备的侧视图。图3是示出根据一实施例的辅助行走设备的框图，图4和图 5是示出根据一实施例的行走模型的示图。
[0023] 如图1至图3中所示，辅助行走设备1可包括被固定在用户的腿部或脚部以辅助 用户行走的行走辅助单元2和用于控制行走辅助单元2的体单元10。
[0024] 根据示出的实施例，如图1和图2中所示，行走辅助单元2可包括第一结构20、第 二结构30和第三结构40中的至少一个。下文中，将给出对辅助行走设备1包括第一结构 20、第二结构30和第三结构40的情况的详细描述。
[0025] 根据一实施例，行走辅助单元2可包括第一结构20、第二结构30和第三结构40。 在这种情况下，第一结构20、第二结构30和第三结构40中的至少一个可安装在用户的左腿 和右腿之一上。根据另一实施例，行走辅助单元2可包括一对第一结构20和20a、一对第 二结构30和30a以及一对第三结构40和40a，使得行走辅助单元2如图1中所示安装在 用户的左腿和右腿二者上。在行走辅助单元2包括一对第一结构20、一对第二结构30和 一对第三结构40的情况下，结构20至40基本上具有相同的功能并执行相同的操作。根据 另一实施例，结构20至40中的一些结构可作为单个元件被提供给行走辅助单元2,结构20 至40中的其他结构可被成对提供。例如，行走辅助单元2可包括第一结构20和20a、一个 第二结构30和一个第三结构40。
[0026] 下文中，将给出对第一结构20至第三结构40的描述。所述描述也适用于每对结 构中的另外一半。
[0027] 当用户行走时，第一结构20可辅助用户的股部和髋关节的运动。第一结构20可 包括至少一个第一致动器21和至少一个第一支撑器22。
[0028] 第一致动器21可根据从体单元10的处理器17传送的控制命令产生转矩，并将转 矩施加到第一支撑器22。当转矩被施加到第一支撑器22时，第一致动器21可沿至少一个 方向旋转。第一致动器21的旋转的范围可在用户的髋关节的运动范围内。
[0029] 根据一实施例，第一致动器21可包括根据从体单元10的电源16提供的电能产生 转矩的电机。电机可设置有编码器。根据另一实施例，例如，第一致动器21可包括根据从 体单元10提供的电能或根据产生转矩的流体压力（诸如水压或气压）运转的至少一个活 塞或汽缸装置。在一些实施例中，第一致动器21可包括至少一个电机和至少一个活塞或汽 缸装置二者。
[0030] 至少一个第一支撑器22可连接到第一致动器21，从而根据第一致动器21产生的 转矩沿至少一个方向旋转。第一支撑器22可采用各种形式。例如，第一支撑器22可包括 至少一个支撑板。另外，第一支撑器22可包括多个部分和连接各个部分的连接件（link)。 在此，所述部分可以是支撑器或支撑板。至少一个第一固定部件23可安装在第一支撑器22 上。第一支撑器22可通过第一固定部件23被固定到用户的股部的外部或内部。
[0031] 第一支撑器22可通过第一固定部件23将第一致动器21产生的转矩施加到用户 的股部。具体地，当第一支撑器22根据第一致动器21的操作而旋转时，通过第一固定部件 23固定到第一支撑器22的用户的股部可沿与第一支撑器22相同的方向旋转。换言之，第 一结构20可将转矩施加到用户的股部或髋关节以辅助用户提升或降低股部。从而，可通过 辅助行走设备1所提供的辅助力来辅助行走或提升腿部。
[0032] 第一固定部件23可由金属材料或弹性材料（诸如橡胶）形成。第一固定部件23 可采用如图1中所示的链条的形式，或者可被实现为具有弹性的带或条（strap)。第一固定 部件23的示例可包括本领域技术人员可采用的用来将第一支撑器22固定到股部的各种固 定构件。
[0033] 第一结构20可包括如图3中所示的至少一个第一传感器25。第一传感器25可感 测第一致动器21的操作、第一支撑器22的操作和用户的髋关节的操作中的至少一个。第 一传感器25可产生与感测到的操作相应的电信号。从而，与行走相关的信息可被获得。与 行走相关的信息可包括关节角度、第一支撑器22的倾斜度、关节角加速度和关节加速度中 的至少一个。通过第一传感器25获得的信息可如图3中所示被传送到处理器17。
[0034] 例如，第一传感器25可包括关节角度传感器、倾斜传感器、加速度传感器和惯性 测量单元（MU)中的至少一个。第一传感器25可被安装在第一致动器21和第一支撑器22 中的至少一个上。在一些实施例中，第一致动器21和第一支撑器22二者可设置有第一传 感器25。另外，第一传感器25的一部分可安装在第一致动器21上，第一传感器25的其他 部分可安装在第一支撑器22上。例如，关节角度传感器可安装在第一致动器21上，倾斜传 感器或MU可安装在第一支撑器22