适应性手臂支撑件系统及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于支撑用户的手臂的系统、设备和方法，例如，涉及适应性手臂支撑件系统，其支撑用户的一个或两个手臂，同时允许大致的自由运动，例如，以允许用户通过延伸的一个或两个手臂在延长的时间段内执行一个或多个任务。
【背景技术】
[0002]许多任务要求人们伸出他们的手臂来工作。示例包括外科、牙科、绘画、洗碗和产品组装。从事该类活动的人们可能由于抗拒他们手臂上的重力以保持手臂伸展所需要的长时间肌肉用力而感到疲劳。虚弱或残疾的人可能体验执行日常任务的疲劳。椅子和工作台上的静态手臂支托件仅当在例如计算机键盘处的相对受限的区域内执行任务时有效。涉及较大范围运动的任务不由静态手臂支托件辅助。
[0003]因此，存在对适应性手臂支托件或手臂支撑件系统的需要，其可缓解执行涉及适于中到大范围运动的任务的人们所体验的疲劳。
【发明内容】
[0004]本发明涉及用于支撑用户的手臂的系统、设备和方法，例如，涉及适应性手臂支撑件系统或设备，其支撑用户的一个或两个手臂，同时允许大致的自动运动，例如，以允许用户以伸展的一个或两个手臂执行一个或多个任务达延长时间段。
[0005]根据一个实施例，提供了用于支撑用户的手臂的系统，其包括:穿戴装备(harness)，所述穿戴装备被配置成佩戴在用户的身体上；联接到穿戴装备的手臂支撑件，其被配置成支撑用户的手臂，手臂支撑件被配置成容许手臂的移动，同时在大致不干扰用户的手臂的移动的情况下跟随移动；以及一个或多个补偿元件，其联接到手臂支撑件以施加偏移力，以便当用户移动时以及手臂支撑件跟随用户的手臂的移动时，至少部分地抵消作用在手臂上的重力，所述一个或多个补偿元件提供力分布，所述分布力基于手臂支撑件的取向改变偏移力。
[0006]在示例性实施例中，手臂支撑件可以包括手臂托架，手臂托架包括在其第一端上的手臂支托件以及枢转地联接到穿戴装备的第二端，从而使得手臂托架相对于穿戴装备绕多个轴线枢转。一个或多个补偿元件可以包括安装在手臂托架上的一个或多个元件，例如，弹性元件。
[0007]另外或可替换地，手臂支撑件可以包括第一手臂支撑件节段，其关于第一竖直轴线枢转地联接到穿戴装备，从而使得第一手臂支撑件节段相对于穿戴装备绕第一竖直轴线可大致水平地旋转；以及第二手臂支撑件节段，其枢转地联接到第一手臂支撑件节段，从而使得第二手臂支撑件节段绕与第一竖直轴线大体正交的第二轴线可旋转。可选地，第二手臂支撑件节段可以包括被配置成支撑用户的手臂的一部分的手臂支托件和/或安装在第二手臂支撑件节段上的弹性元件。
[0008]根据另一个实施例，提供了用于支撑用户的手臂的系统，其包括:穿戴装备，其被配置成佩戴在用户的身体上；联接到穿戴装备的手臂支撑件，手臂支撑件被配置成支撑用户的手臂，手臂支撑件包括手臂托架，手臂托架包括在其第一端上的手臂支托件以及枢转地联接到穿戴装备的第二端，从而使得手臂托架绕多个轴线枢转，以便容许用户的手臂的移动，同时在大致不干扰用户的手臂的移动的情况下跟随移动；以及一个或多个补偿元件，其安装在手臂托架上以便当用户移动时以及手臂托架跟随用户的手臂的移动时，至少部分地抵消作用在用户的手臂上的重力。可选地，手臂支撑件可以包括铰链托架，其关于第一竖直轴线枢转地联接到穿戴装备，从而使得铰链托架相对于穿戴装备绕第一竖直轴线可大致水平地旋转，并且其中手臂托架的第二端枢转地联接到铰链托架，从而使得手臂托架绕与第一竖直轴线大体正交的第二轴线可旋转。
[0009]根据另一个实施例，提供了用于支撑用户的手臂的系统，其包括:被配置成佩戴在用户的身体上的穿戴装备，穿戴装备包括被配置成佩戴在用户的一个或两个肩膀上或周围的肩部穿戴装备，被配置成佩戴在用户的腰部或臀部周围的腹带，以及在肩部穿戴装备和腹带之间延伸的一个或多个支撑构件；联接到穿戴装备的手臂支撑件，其被配置成支撑用户的手臂，手臂支撑件被配置成容许手臂的移动，同时在大致不干扰用户的手臂的移动的情况下跟随移动；一个或多个补偿元件，其安装在手臂托架上以便当用户移动时以及手臂托架跟随用户的手臂的移动时，至少部分地抵消作用在用户的手臂上的重力；以及负载转移托架，其联接到腹带用以接合外部结构，从而将来自系统的力转移到外部结构。
[0010]根据另一个实施例，提供了用于支撑用户的手臂的系统，其包括:穿戴装备，其被配置成佩戴在用户的身体上，穿戴装备包括被配置成佩戴在用户的一个或两个肩膀上或周围的肩部穿戴装备，被配置成佩戴在用户的腰部或臀部周围的腹带，以及在肩部穿戴装备和腹带之间延伸的一个或多个支撑构件；以及头部支托件，例如，穿戴装备上的下巴支托件和/或前额支托件。可选地，系统还可以包括联接到穿戴装备的手臂支撑件，手臂支撑件被配置成支撑用户的手臂，手臂支撑件被配置容许手臂的移动，同时在大致不干扰用户的手臂的移动的情况下跟随移动；以及一个或多个补偿元件，其安装在手臂托架上，以便当用户移动时以及手臂支撑件跟随用户的手臂的移动时，至少部分地抵消作用在手臂上的重力。一个或多个补偿元件可以被配置成提供力分布，力分布基于手臂支撑件的取向改变偏移力。
[0011]根据另一个实施例，提供了用于在一个或多个任务期间支撑用户的手臂的方法，其包括将穿戴装备放置在用户上，穿戴装备包括相对于穿戴装备可移动且包括手臂支托件的手臂支撑件；使用手臂支撑件支撑用户的手臂的一部分，从而使得手臂支撑件随后跟随用户的手臂的移动；以及执行包括移动用户的手臂的一个或多个任务，手臂支撑件包括一个或多个补偿元件，一个或多个补偿元件施加偏移力以便当用户移动时，在大致不干扰移动的情况下至少部分地抵消作用在手臂上的重力，一个或多个补偿元件提供力分布，力分布基于手臂支撑件的取向改变偏移力。
[0012]在示例性实施例中，手臂支撑件可以包括枢转地联接到穿戴装备的第一手臂支撑件节段，并且执行一个或多个任务可以包括使用户的手臂大致水平地旋转，第一手臂支撑件节段相对于穿戴装备绕第一竖直轴线自由地旋转，以跟随用户的手臂的移动。手臂支撑件还可以包括枢转地联接到第一手臂支撑件节段的第二手臂支撑件节段，并且执行一个或多个任务可以包括举起和降下用户的手臂，第二手臂支撑件节段绕与第一竖直轴线大体正交的第二轴线旋转，以跟随用户的手臂的移动。
[0013]根据另一个实施例，提供了用于在一个或多个任务期间支撑用户的手臂的方法，其包括将穿戴装备放置在用户上，穿戴装备包括相对于穿戴装备可移动且包括手臂支托件的手臂支撑件；围绕用户的腰部或臀部固定穿戴装备的腹带；使腹带上的负载转移托架与外部结构接合；使用手臂支托件支撑用户的手臂的一部分，以使手臂支撑件随后跟随用户的手臂的移动；以及执行包括移动用户的手臂的一个或多个任务，手臂支撑件包括一个或多个补偿元件，一个或多个补偿元件施加偏移力以便当用户移动时在大致不干扰移动的情况下，至少部分地抵消作用在手臂上的重力，负载转移托架将来自穿戴装备的力转移到外部结构。
[0014]根据另一个实施例，提供了用于支撑用户的头部的系统，其包括:穿戴装备，其被配置成佩戴在用户的身体上，穿戴装备包括被配置成佩戴在用户的一个或两个肩膀上或周围的肩部穿戴装备，被配置成佩戴在用户的腰部或臀部周围的腹带；以及包括支撑托架和支托件构件的头部支托件，该支撑托架包括安装到穿戴装备的第一端和当该穿戴装备由用户佩戴时邻近用户的前额设置的第二端，并且该支托件构件联接到支撑托架的第二端，从而使得当穿戴装备被佩戴用于支撑用户的前额时，支托件构件延伸跨越用户的前额。可选地，系统还可以包括在一位置处安装到穿戴装备的下巴支托件，从而使得当穿戴装备被佩戴用于支撑用户的下巴时，下巴支托件延伸跨越用户的下巴。如果需要，支撑托架可以为可调节的，从而使得当穿戴装备被佩戴用于支撑用户的下巴时，支托件构件可移动到延伸跨越用户的下巴的位置处，以及/或者支托件构件可以为可移除的。
[0015]根据另一个实施例，提供了用于支撑用户的手臂的系统，其包括:穿戴装备，其被配置成佩戴在用户的身体上，穿戴装备包括被配置成佩戴在用户的一个或两个肩膀上或周围以及背部上的肩部穿戴装备，被配置成佩戴在用户的腰部或臀部周围的腹带，以及在肩部穿戴装备和腹带之间延伸的一个或多个支撑构件，以及肩部支撑构件，该肩部支撑构件包括在用户的背部后面的一位置处大致固定到肩部穿戴装备的第一端以及大致固定在用户的肩部之上的第二端；联接到穿戴装备的手臂支撑件，其被配置成支撑用户的手臂，手臂支撑件被配置成容许手臂的移动，同时在大致不干扰用户的手臂的移动的情况下跟随移动，手臂支撑件包括:第一手臂支撑件节段，其枢转地联接到肩部支撑构件的第二端，从而使得第一手臂支撑件节段相对于肩部支撑构件大致水平地绕第一竖直轴线可旋转；第二手臂支撑件节段，其枢转地联接到第一手臂支撑件节段，从而使得第二手臂支撑件节段绕与第一竖直轴线大体正交的第二轴线可旋转；以及一个或多个补偿元件，用于当用户移动时以及手臂托架跟随用户的手臂的移动时，至少部分地抵消作用在用户的手臂上的重力。
[0016]在本文的任何实施例中，手臂支托件可以被提供在手臂支托件上，例如，在第二手臂支撑件节段上，形状被设计为接收用户的手臂。可选地，手臂支托件可以相对于第二手臂支撑件节段枢转以及/或者手臂支托件可以沿着第二手臂支撑件节段的纵向轴线可移动，以调节手臂支托件的轴向位置。可选地，例如，可以提供枢转地联接到第二手臂支撑件节段的前臂支撑件，用以支撑用户的前臂。
[0017]根据另一个实施例，提供了用于支撑用户的手臂的系统，其包括:穿戴装备，其被配置成佩戴在用户的身体上；联接到穿戴装备的手臂支撑件，其经配置支撑用户的手臂的，手臂支撑件被配置成容许手臂的移动，同时在大致不干扰用户的手臂的移动的情况下跟随移动；以及一个或多个补偿元件，其联接到手臂支撑件以施加偏移力，以便当用户移动手臂时以及手臂支撑件跟随用户的手臂的移动时，至少部分地抵消作用在用户的手臂上的重力，一个或多个补偿元件包括弹性元件和缆绳，该弹性元件在当穿戴装备由用户佩戴时邻近用户的背部的位置处在穿戴装备上安装在弹性元件外壳内，并且缆绳在弹性元件和手臂支撑件之间联接。
[0018]根据另一个实施例，提供了用于在一个或多个任务期间支撑用户的方法，其包括将穿戴装备放置在用户上，穿戴装备包括头部支撑件，该头部支撑件在大致不妨碍用户的视野的情况下，在用户的头部的前面延伸；使用头部支撑件的头部支托件接触用户的头部的一部分，例如，用户的前额和/或下巴；以及执行一个或多个任务，头部支托件在一个或多个任务的执行期间支撑用户的头部。可选地，穿戴装备还可以包括手臂支撑件，其相对于穿戴装备可移动且包括手臂支托件，并且方法可以进一步包括:使用手臂支撑件支撑用户的手臂的一部分，从而使得手臂支撑件随后跟随用户的手臂的移动；以及执行包括移动用户的手臂的一个或多个任务，手臂支撑件包括一个或多个补偿元件，该一个或多个补偿元件施加偏移力以便当用户移动时在大致不干扰移动的情况下至少部分地抵消作用在手臂上的重力，一个或多个补偿元件提供力分布，该力分布基于手臂支撑件的取向改变偏移力。
[0019]本发明的其他方面和特征将通过结合随附附图考虑以下描述而变得明显。
【附图说明】
[0020]将理解的是，附图中所示的示例性装置不必按比例绘制，而是强调说明所示出实施例的各方面和各特征。
[0021]图1为以伸展的右臂工作的用户的上身的后透视图。
[0022]图2为可由用户(诸如图1的用户)佩戴的适应性手臂支撑件系统的示例性实施例的前透视图。
[0023]图3A为可由用户佩戴且支撑用户的延伸手臂的图2的适应性手臂支撑件系统的后透视图。图A为图3A的系统的细节。
[0024]图3B和图3C为图2的适应性手臂支撑件系统的俯视图，该适应性手臂支撑件系统由用户佩戴，并且当用户水平移动支撑手臂时支撑用户的延伸手臂。
[0025]图3D和图3E为图2的适应性手臂支撑件系统的侧视图，该适应性手臂支撑件系统由用户佩戴，并且当用户垂直移动支撑手臂时支撑用户的延伸手臂。
[0026]图4A为图2的适应性手臂支撑系统的侧视图。
[0027]图4B和图4C为图2的适应性手臂支撑件系统的元件的示意图，其示出当垂直移动系统时的负载矢量。
[0028]图5A-5E为由用户佩戴的图2的适应性手臂支撑件系统的后透视图，其示出用于放置系统的用户的支撑手臂的位置序列。图B-D分别为图5C-5E中示出的系统的细节。
[0029]图6A和图6B为适应性手臂支撑件系统的另一个示例性实施例的后透视图，该适应性手臂支撑件系统由用户佩戴，并且当用户垂直移动支撑手臂时支撑用户的延伸手臂。图E和图F分别为图6A和图6B的系统的细节。
[0030]图6C和图6D为图6A和图6B的适应性手臂支撑件系统的元件的示意图，其示出当垂直移动系统时的支撑矢量。
[0031]图7A和图7B为适应性手臂支撑件系统的另一个示例性实施例的侧视图，其中系统的手臂支托件垂直地移动。
[0032]图8A和图SB为适应性手臂支撑件系统的另一个示例性实施例的侧视图，其中系统的手臂支托件垂直地移动。
[0033]图9A和图9B为图2的适应性手臂支撑件系统的侧视图，其中系统的手臂支托件垂直地向上移动。
[0034]图1OA和图1OB为图2的适应性手臂支撑件系统的前透视图，其中系统的枢转轴绕竖直轴线旋转。
[0035]图1lA和图1lB为图2的适应性手臂支撑件系统的前透视图，其中系统的支撑杆绕水平轴线旋转。
[0036]图12A和图12B为适应性手臂支撑件系统的另一个示例性实施例的后透视图，其中系统的手臂支托件垂直地移动。图G和图H分别为图12A和图12B中示出的系统的细节。
[0037]图13A和图13B分别为由用户佩戴的适应性手臂支撑件系统的另一个实施例的前透视图和后透视图，该适应性手臂支撑件系统支撑用户的两个手臂。
[0038]图14A和图14B分别为图13A和图13B的适应性手臂支撑件系统的前透视图和后透视图。
[0039]图14C和图14D分别为图13A和图13B的适应性手臂支撑件系统的侧视图，其中覆盖件被移除以不出系统的偏置机构的内部部件。
[0040]图15为未使用的。
[0041]图16A包括图14C和图14D中示出的偏置机构的非对称次级滑轮的示例性实施例的侧视图和端视图。
[0042]图16B为图16A的次级滑轮的横截面视图。
[0043]图16C为示出在图14C和图14D的偏置机构中使用图16A的次级滑轮实现的示例性力矩的图表。
[0044]图17A包括图14C和图14D中示出的偏置机构的非对称次级滑轮的可替换示例性实施例的侧视图和端视图。
[0045]图17B为图17A的次级滑轮的横截面视图。
[0046]图17C为示出在图14C和图14D的偏置机构中使用图17A的次级滑轮实现的示例性力矩的图表。
[0047]图18为图14A和图14B的系统的前透视图，其示出在使用期间作用在系统上的力的示例性布置。
[0048]图19A和图19B为图14A和图14B的系统的前透视图，其示出绕竖直轴线旋转的系统的手臂支撑件的旋转。
[0049]图19C和图19D为图14A和图14B的系统的后部透视图，其中两个手臂支撑件被移除(图19C中示出分离的一个)。
[0050]图19E为图14A和图14B的系统的俯视图，其示出旋转以容纳用户的肩部(未示出)的系统的肩部支撑管。
[0051]图20A为图14A和图14B的系统的前透视图，该系统由用户佩戴，并且示出处于打开位置的系统的负载转移托架。
[0052]图20B为图20A中示出的系统的开放负载转移托架的细节。
[0053]图20C为图20A中示出的系统的前透视图，其示出处于闭合位置的系统的负载转移托架。
[0054]图20D为图20C中示出的系统的闭合负载转移托架的细节。
[0055]图21A和图21B分别为图13A和图13B的系统的透视图和侧视图，该系统由用户佩戴并且包括至少部分由桌子支撑的负载转移托架。
[0056]图21C为图21A和图21B的系统的细节，其示出经由负载转移托架从系统被至少部分转移到桌子的负载。
[0057]图21D为图13A和图13B的系统的侧视图，该系统由用户佩戴并且包括至少部分由桌子支撑的负载转移托架的可替换实施例。
[0058]图21E为图21D的系统的细节，其示出经由负载转移托架从系统被至少部分转移到桌子的负载。
[0059]图22A为图13A和图13B的系统的侧视图，该系统由用户佩戴并且包括至少部分由桌子上的协作栏杆支撑的负载转移托架的另一可替换实施例。
[0060]图22B为图22A的系统的负载转移托架和桌子的栏杆/导轨(rail)之间的协作的细节。
[0061]图22C为图13A和图13B的系统的侧视图，该系统由用户佩戴并且包括至少部分由桌子上的协作栏杆支撑的负载转移托架的另一个可替换实施例。
[0062]图22D为图22C的系统的负载转移托架和桌子的栏杆之间的协作的细节。
[0063]图23A为图13A和图13B的系统的侧视图，该系统由用户佩戴并且包括当用户坐在桌子旁时至少部分由桌子支撑的负载转移托架的另一个可替换实施例。
[0064]图23B为图23A的系统的负载转移托架和桌子之间的协作的细节。
[0065]图23C为图13A和图13B的系统的侧视图，该系统由用户佩戴并且包括当用户坐在桌子旁时至少部分由桌子支撑的负载转移托架的另一个可替换实施例。
[0066]图23D为图23C的系统的负载转移托架和桌子之间的协作的细节。
[0067]图24A为图13A和图13B的系统的侧视图，该系统由用户佩戴并且包括至少部分由桌子支撑的负载转移托架的另一个可替换实施例。
[0068]图24B为图24A的系统的负载转移托架和桌子之间的协作的细节。
[0069]图25A和图25B为可被包括在适应性手臂支撑件系统中的手臂支撑件组件的另一个实施例的侧视图，其包括转动的手臂支托件。
[0070]图26A和图26B为可被包括在适应性手臂支撑件系统中的手臂支撑件组件的另一个实施例的侧视图，其包括轴向平移的手臂支托件。
[0071]图27A为包括由用户佩戴的前臂支撑件的适应性手臂支撑件系统的另一个示例性实施例的前透视图。
[0072]图27B和图27C为图27A的系统的俯视图，其示出转动以容许用户的前臂的移动的前臂支撑件中的一个。
[0073]图28为可被包括在适应性手臂支撑件系统中的手臂支撑件组件的另一个实施例的透视图，其包括吊索型手臂支托件。
[0074]图29A为包括用于存储系统的手臂支托件的机构的适应性手臂支撑件系统的另一个示例性实施例的后透视图。
[0075]图29B为图29A的系统的存储机构的部件的细节，其中手臂支托件处于有效位置。
[0076]