图12包含 展示此实施例的控制系统框图。
[0117] 参考图12,压力中心及力1201为分布在支撑表面上方的力的压力中心，及〃 Fz 〃为 人与机器在支撑表面上的垂直力。外骨骼姿态估计1202为对外骨骼在空间中的定向的内 部表示。来自1201及1202两者的共同含有1203上的信息的数据（包含矢状面及冠状面两 者中的压力中心信息以及矢状面中的脚踝位置）被中继到反馈系统1204,反馈系统1204持 续地将信息从穿戴外骨骼装置的患者1205传递到例如本申请案所揭示的机器。患者1205 使用人机界面1206(其为一种系统，持续地将信息从人传送到例如我们在其它申请案所揭 示的机器）将患者1205的意图信息（包含矢状面及冠状面两者中的所要压力中心1207) 传送到控制器关节协调模块1208,控制器关节协调模块1208为在外骨骼控制器中实现的 底层机器控制，所述外骨骼控制器操纵外骨骼致动器以产生所要的压力中心位置。闭环控 制1208命令外骨骼装置1209,从而引起外骨骼轨迹改变。使用此系统，可以通过人关闭控 制环路，使得人能直接命令外骨骼的运动。尽管用于从机器到人的通信的方法及界面已在 所属领域中众所周知，但将这些方法及界面与本申请案所揭示的反馈系统组合使得穿戴装 置的人能够以先前未了解的方式有效地控制外骨骼。
【主权项】
1. 一种下肢矫形器，其经配置以耦合到人，所述矫形器包括， 躯干连杆，其经配置以耦合到所述人的躯干， 至少一个腿连杆，其经配置以耦合到所述人的腿， 至少一个致动器，其经配置以使所述腿连杆相对于所述躯干连杆偏移， 多个传感器，其经配置以测量所述矫形器及所述人的定向及力中的至少一者， 控制器，其经配置以接收来自所述多个传感器的信号，基于来自所述多个传感器的信 号估计至少一个反馈就绪值，及控制所述至少一个致动器以辅助所述人的步态或移动，以 及 至少一个反馈系统，其由所述控制器操作且经配置以将所述反馈就绪值传达给所述 人，借此所述矫形器为所述人提供在其它情况下所述人无法获得的矫形器操作信息。2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述反馈系统包含对应于每一所述致动器的至少 一个灯，所述灯指示由所述矫形器在所述对应致动器处产生的作用力。3. 根据权利要求2所述的装置，其中所述至少一个灯包含多个灯，且照明的灯的数目 与由所述对应致动器提供的扭矩成比例。4. 根据权利要求1所述的装置，其中所述多个传感器包含定位在界面点处的力传感 器，且所述反馈系统包含对应于所述界面点的至少一个灯，所述灯指示在所述界面点处感 测的力。5. 根据权利要求4所述的装置，其中所述至少一个灯包含多个灯，且照明的灯的所述 数目与在所述界面点处感测的所述力成比例。6. 根据权利要求1所述的装置，其中所述反馈系统包含通过至少一个反馈致动器安装 到所述矫形器的至少一个激光，所述反馈致动器由所述控制器控制以指向在支撑表面上的 位置。7. 根据权利要求6所述的装置，其中所述控制器估计下一个步态辅助器放置的理想位 置，且所述位置为由所述激光指示的位置。8. 根据权利要求7所述的装置，其进一步包含向所述人提供滤光片，使得由照射在所 述支撑表面上的所述激光反射而得到的光大体上仅对所述人可见。9. 根据权利要求1所述的装置，其中所述反馈系统包含安装在所述人的视野中的显示 器，所述显示器叠加图形使得所述图形指示所述支撑表面上的位置。10. 根据权利要求9所述的装置，其中所述控制器估计所述下一个步态辅助器放置的 理想位置，且所述理想位置为由所述图形指示的所述位置。11. 根据权利要求1所述的装置，其中所述反馈系统包含至少一个反馈致动器及触觉 接触点，所述触觉接触点与所述人接触且经配置以由所述反馈致动器移动，且所述反馈致 动器由所述控制器控制以向所述人传送信息。12. 根据权利要求11所述的装置，其中所述反馈系统包含至少两个反馈致动器及至少 一个触觉接触点，所述触觉接触点与所述人接触且经配置以由所述反馈致动器移动，且所 述反馈致动器由所述控制器控制以向所述人传送至少两个信道的信息。13. 根据权利要求1所述的装置，其中所述反馈系统包含由所述控制器控制的多个振 动致动器。14. 根据权利要求1所述的装置，其中所述反馈系统包含由所述控制器控制的热栅格。15. 根据权利要求1所述的装置，其中所述反馈系统包含扬声器，所述控制器控制由所 述扬声器的音量、频率、咔嗒声速率组成的群组中的至少一个参数，且所述控制器控制所述 至少一个所述参数以向所述人传送信息。16. 根据权利要求15所述的装置，其中所述反馈系统包含第二扬声器且所述控制器控 制来自每一扬声器的至少一个所述参数，借此所述控制器向所述人传送两个单独信道的信 息。17. 根据权利要求1所述的装置，其中所述人使用至少一个步态辅助器，且所述反馈系 统包含振动致动器且耦合到所述步态辅助器，借此所述控制器通过所述振动致动器向所述 人传送信息。18. 根据权利要求1所述的装置，其进一步包括人机界面，所述人机界面包含提供给所 述人的发信号装置，所述控制器经配置以接收来自所述发信号装置的信号，借此所述控制 器可将所述人合并作为所述矫形器的闭环控制的部分。19. 根据权利要求18所述的装置，其中所述反馈系统向所述人提供关于测量的压力中 心的信息，且所述人机界面向所述控制器提供关于所述人想要的压力中心的信息，借此所 述人能控制所述矫形器。20. 根据权利要求1所述的装置，其中所述反馈就绪值选自由以下各项组成的群组： a. 所述人与所述矫形器之间的力， b. 由所述矫形器施加的作用力， c. 由所述矫形器施加的扭矩， d. 由所述矫形器在步态循环期间施加的最大作用力， e. 由所述矫形器在步态循环期间施加的平均作用力， f. 在与所述支撑表面的界面上的压力中心位置， g. 肢体位置， h. 质心位置， i. 脚间隙， j. 关于所述矫形器的状态的信息， k. 下一个矫形器动作，以及 l. 最优步态辅助器定向。21. 根据权利要求1所述的装置，其中所述反馈就绪值向所述人提供关于所述人的移 动的信息。22. -种操作下肢矫形器的方法，所述下肢矫形器包含：躯干连杆，其经配置以耦合到 人的躯干；至少一个腿连杆，其经配置以耦合到所述人的腿；至少一个致动器，其经配置以 使所述至少一个腿连杆相对于所述躯干连杆偏移；多个传感器，其经配置以测量所述矫形 器或人的定向及力中的至少一者；及反馈系统，其经配置以与所述人通信，所述方法包括： 控制所述至少一个致动器以辅助所述人的步态， 基于来自所述多个传感器的信号估计至少一个反馈就绪值，以及 通过所述反馈系统向所述人传达所述反馈就绪值，以向所述人提供在其它情况下所述 人无法获得的矫形器操作信息。23. 根据权利要求22所述的方法，其中所述反馈系统包含对应于所述至少一个致动器 中的每一者的至少一个灯，所述方法进一步包括：指示由所述矫形器在对应的所述致动器 处产生的作用力。24. 根据权利要求23所述的方法，其中所述至少一个灯包含多个灯，所述方法进一步 包括：与由所述对应所述致动器提供的扭矩成比例地照明所述多个灯中的若干灯。25. 根据权利要求22所述的方法，其中所述多个传感器包含定位在界面点处的力传感 器，且所述反馈系统包含对应于所述界面点的至少一个灯，所述方法进一步包括：通过所述 至少一个灯指示在所述界面点处感测的力。26. 根据权利要求25所述的方法，其中所述至少一个灯包含多个灯，所述方法进一步 包括：与在所述界面点处感测的所述力成比例地照明所述多个灯中的若干灯。27. 根据权利要求22所述的方法，其中所述反馈系统包含安装到所述矫形器的至少一 个激光，所述方法进一步包括：将所述至少一个激光指向在支撑表面上的位置。28. 根据权利要求27所述的方法，其进一步包括：估计下一个步态辅助器放置的理想 位置，且将所述至少一个激光指向所述理想位置。29. 根据权利要求28所述的方法，其进一步包括：向所述人提供滤光片，使得由照射在 所述支撑表面上的所述至少一个激光反射而得到的光大体上仅对所述人可见。30. 根据权利要求22所述的方法，其中所述反馈系统包含安装在所述人的视野中的显 示器，所述方法进一步包括：叠加图形使得所述图形指示所述支撑表面上的位置。31. 根据权利要求30所述的方法，其进一步包括：估计所述下一个步态辅助器放置的 理想位置，且由所述图形指示所述理想位置。32. 根据权利要求22所述的方法，其中所述反馈系统包含至少一个反馈致动器及触觉 接触点，所述触觉接触点与所述人接触且经配置以由所述至少一个反馈致动器移动，所述 方法进一步包括：通过移动所述触觉接触点将信息传送给所述人。33. 根据权利要求32所述的方法，其中所述反馈系统包含至少两个反馈致动器及至少 一个触觉接触点，所述至少一个触觉接触点与所述人接触且经配置以由所述至少两个反馈 致动器移动，所述方法进一步包括：通过移动所述至少一个触觉接触点将信息传送给所述 人。34. 根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：控制被控制为所述反馈系统的部分 的多个振动致动器。35. 根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：控制被控制为所述反馈系统的部分 的热栅格。36. 根据权利要求22所述的方法，其中所述反馈系统包含扬声器，所述方法进一步包 括：改变从由所述扬声器的音量、频率及咔嗒声速率组成的群组中选择的至少一个参数，以 向所述人传送信号。37. 根据权利要求36所述的方法，其中所述反馈系统包含第二扬声器，所述方法进一 步包括：改变来自每一扬声器的至少一个参数以向所述人传送两个单独信道的信息。38. 根据权利要求22所述的方法，其进一步包括： 借助于所述矫形器的使用来运用至少一个步态辅助器，以及 通过耦合到所述步态辅助器的所述反馈系统的振动致动器向所述人传送信息。39. 根据权利要求22所述的方法，其进一步包括： 接收来自人机界面的发信号装置的信号，以及 通过所述人机界面将所述人合并作为所述矫形器的闭环控制的部分。40. 根据权利要求39所述的方法，其进一步包括： 向所述人提供关于测量的压力中心的信息，以及 接受所述人想要的所要的压力中心，借此所述人控制所述矫形器的运动。41. 根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：从由以下各项组成的群组中选择所 述反馈就绪值： a. 所述人与所述矫形器之间的力， b. 由所述矫形器施加的作用力， c. 由所述矫形器施加的扭矩， d. 由所述矫形器在步态循环期间施加的最大作用力， e. 由所述矫形器在步态循环期间施加的平均作用力， f. 在与所述支撑表面的界面上的压力中心位置， g. 肢体位置， h. 质心位置， i. 脚间隙， j. 关于所述矫形器的状态的信息， k. 下一个矫形器动作，以及 l. 最优步态辅助器定向。42. 根据权利要求22所述的方法，其中所述反馈就绪值被持续地传达给所述人。43. -种控制下肢矫形器的方法，所述下肢矫形器包含：躯干连杆，其经配置以耦合到 人的躯干；至少一个腿连杆，其经配置以耦合到所述人的腿；至少一个致动器，其经配置以 使所述至少一个腿连杆相对于所述躯干连杆偏移；多个传感器，其经配置以监测所述矫形 器；及至少一个灯，所述方法包括： 接收来自所述多个传感器的信号及控制所述至少一个致动器以辅助所述人的步态，以 及 控制所述至少一个灯以持续地指示由所述至少一个致动器产生的作用力，借此所述矫 形器提供由所述矫形器提供的辅助的视觉指示。44. 根据权利要求43所述的方法，其进一步包括： 提供至少一个力传感器，其经配置以产生所述人与所述矫形器之间的力的估计，以及 通过所述至少一个灯持续地指示所述力的所述估计，借此所述矫形器提供施加到所述 人的所述力的视觉指示。45. 根据权利要求43所述的方法，其进一步包括： 感测由所述矫形器的多个致动器产生的力；以及 在提供由所述矫形器提供的所述力的视觉指示时照明多个灯中的所选择者。
【专利摘要】一种外骨骼(100；204；304；404；504；602；702；802；902；1002)包含控制系统(120；205；305；405；505；603；703；803；903；1003；1010)，所述控制系统合并有反馈系统，所述反馈系统用于建立矫形器操作信息及将所述矫形器操作信息传达给物理治疗师(202，302，402)及/或外骨骼用户(109；201；301；401；501；601；701；801；901；1001)。所述反馈系统可采用各种形式，包含运用传感器(704；804；1004；1010)以建立反馈就绪值以及通过一或多个可靠近外骨骼关节的关节的光源(206；306；503；608)传达所述值。
【IPC分类】A61F5/00
【公开号】CN105142581
【申请号】CN201480014840
【发明人】鲁宾·山德勒, 库尔特·阿蒙森, 詹姆斯·斯特莱克, 凯瑟琳·斯特劳塞尔, 亚当·佐斯, 蒂姆·斯威夫特
【申请人】埃克苏仿生公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2014年3月12日
【公告号】CA2900675A1, WO2014159577A1