图29C为图29A和图29B的存储机构的部件的分解图。
[0077]图29D为图29A的系统的后透视图，其中手臂支托件中的一个以无效位置存储。
[0078]图29E为图29A和图29D的系统的存储机构的部件的细节，其中手臂支托件处于无效位置。
[0079]图30A和图30B为由用户佩戴且包括可替换肩部枢转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。
[0080]图3IA和图3IB为由用户佩戴且包括另一个可替换肩部枢转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。
[0081]图32为包括头部支托件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。
[0082]图33A为包括下巴支托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。
[0083]图33B为包括前额支托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。
[0084]图34A和图34B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示例性实施例的透视图，该适应性手臂支撑件系统包括远离系统的手臂支托件的弹性元件，其中示出举起和降下的手臂支托件。
【具体实施方式】
[0085]转向附图，图1示出用具有重量Wa的伸展右臂Ar工作的用户U的上身。为了保持手臂Ar举起，用户U必须使用用户的背部B和肩部S的肌肉，以抵消手臂重量Wa，造成疲劳。用户的肩部S充当球面关节(未示出)，允许手臂Ar在各个方向上的运动，包括绕大约在肩部S的旋转中心处交叉的大致竖直轴线UaV和大致水平轴线Uah的旋转。
[0086]图2示出可由用户佩戴的适应性手臂支撑件系统10的示例性实施例。通常，系统10包括躯干安装穿戴装备(hardness)，以及联接到穿戴装备的一个或多个适应性手臂支托件(仅示出一个)。适应性手臂支托件用弹性元件偏置，以将力赋予用户的手臂，例如，以便承受所有的或部分的手臂重量。力可以随手臂位置改变或者可以在其运动范围内为大致恒定的。枢转轴线Dav和Dah可以交叉，其中适应性手臂支托件的元件可以绕该枢转轴线Dav和Dah转动。当通过用户U佩戴系统10时(例如，如图3A-3E中所示)，枢转轴线Dav和Dah还可以基本上与用户U的肩部轴线Uav和Uah (图1中所示)共线定位，从而允许移动手臂支托件的元件大约绕用户U的肩部S的中心转动。可选地，枢转轴线Dav和Dah可以相对于用户U的肩部轴线Uav和Uah成角度、偏斜或偏移。
[0087]如图2所示，肩部吊带40在可选的可调节扣42(未示出)处附连到支撑板38。肩部托架50在例如点44处可调节地结合到支撑板38。此外，结合支撑板38的是竖直支柱20，当被佩戴时，竖直支柱20基本上平行于用户U的腹部且大体竖直地沿着用户U的腹部延伸。竖直支柱20可以为刚性的或柔性的，或两者的组合。胸部吊带46可以在可调节扣48 (未示出)处结合竖直支柱20。竖直支柱20在可选的枢转轴22处终止。枢转轴22可以在枢转块24内转动，从而允许绕轴线Dap的旋转。枢转块24附连到腹部板26，其中带子34在可选择的扣36 (未示出)处可调节地附连到腹部板26。枢转块24自身可以绕轴线Das旋转。衬垫28可以结合到腹部板26。可选的挂钩30也可以结合到腹部板26。带子34可以佩戴在用户U的臀部H上或上方。竖直支柱20被示出为在系统10的前面，但也可以位于系统10的背部上(“背包”设计)。
[0088]肩部托架50结合到竖直枢转块54。竖直枢转块54和铰链托架56协作形成竖直枢轴58，其允许铰链托架56绕大致竖直轴线Dav的旋转，如下面进一步解释的。绕竖直枢轴58的旋转可以为自由的(S卩，具有对用户的移动的最小抵抗或没有抵抗)、受限的(例如，具有预定最小抵抗)、由弹簧或其他能量元件(未示出)偏置到默认位置、阻尼的(例如，以放慢突然移动)和/或由预定摩擦限制的。枢转块54本身可以绕其他轴线(未示出)旋转。
[0089]铰链托架56还与手臂托架62协作，以形成枢轴66，从而允许手臂托架62绕大致水平轴线Dah的垂直旋转。可选地，阻尼元件(未示出)可以邻近枢轴66定位，例如，以便限制手臂托架62的旋转速度。手臂支托件94附连到手臂托架62，并为用户的右臂Ar提供支架。手臂支托件94可以接触用户U的上臂、肘部、前臂或其任何组合，并大体将力施加到手臂AH或手臂Ar的接触部分)。手臂支托件94可以为大致刚性、柔性、填料的(padded)中的一种或多种，并且可以包括流体填充物、网丝和/或其他合适的构造。可选的吊带(未示出)可以被提供，例如，以便将手臂Ar固定在手臂支托件94内或固定到手臂支托件94。
[0090]缆绳锚84可调节地结合到铰链托架56，并为缆绳70的第一端提供附着点82。缆绳70 (和本文的任何其他缆绳)可以包括一个或多个金属丝、链条、绳子、绳索、线、吊带、带子和/或其他形成为细长柔性构件中的细线，并且术语“缆绳”在本文用于包括任何此类变型。缆绳70部分地绕滑轮90缠绕，并具有在连接器78处结合到弹性元件74的一端的第二端。弹性元件74的另一端在支座76处附连到手臂托架62，支座76可以包括用于调节弹性元件74的附连端的位置的一个或多个零件(未示出)，例如，以改变弹性元件74施加在缆绳70上的力。滑轮90在滑轮枢转点92处附连到手臂托架62，该滑轮枢转点92沿手臂托架62的长度从枢轴66偏移。在示例性实施例中，弹性元件74可以是拉伸弹簧、气体拉伸弹簧、松紧带、线性弹簧、增压气缸、气动、液压、电动或其他可扩展设备。
[0091]表面被提供用于对抗用户U的身体。用户U的右臂Ar的重量Wa的全部或一部分被施加到手臂支托件94。因此施加到系统10的力和力矩通过反作用力Rs (肩部)、Rb (背部)、Rw(腰部)、Rh(臀部)和Rl(膝部)中的一个或多个的组合抵消被。因此，用户U的右臂Ar的重量Wa可以被转移到用户U的身体的各表面。用户U可以调节肩部吊带40、胸部吊带46和/或带子34，以改变反作用力。其他表面也可以反作用于系统10，包括桌子的边缘或其他表面(Rt)，如本文在别处所描述的。这可以用于减少通常与保持一个人的手臂伸展关联的背部和肩部的肌肉上的负载。
[0092]图3A示出安装在用户U的上身上的系统10。在该图中，用户U正在保持右臂Ar伸展。如细节A中所示，右臂Ar的一部分(例如，上臂)位于手臂支托件94中，从而为右臂Ar提供支撑。在附着点82处附连到缆绳锚84以及在连接器78处附连到弹性元件74的缆绳70将力施加到手臂托架62，例如，以向上提升手臂托架62，从而将提升力施加到右臂Ar。
[0093]参考图3B(俯视图)，用户U可以使右臂Ar移动通过大致水平角度Al，从而使枢转托架56和所有附连部件绕竖直枢轴58旋转。图3C示出用户U使右臂Ar移动通过不同的大致水平角度A2，同时枢转托架56和所有附连部件绕竖直枢轴58旋转。
[0094]图3D示出用户U将右臂Ar向上举起通过大致竖直角度A3。通过缆绳70上拉的手臂支托件94将提升力传递到右臂Ar。图3E示出向下移动通过不同的大致竖直角度A4的手臂Ar。附连到扩张的弹性元件74的缆绳70继续向上拉动手臂支托件94，以将向上力施加在右臂Ar上。
[0095]因此，如图3A-3E所示，系统10允许用户U的手臂Ar的全程运动，例如，竖直的和/或水平的，其中系统在大致没有干扰或抵抗的情况下提供手臂Ar的支撑，特别是当用户U大致水平地移动手臂Ar时。
[0096]图4A示出系统10的侧视图。用户手臂Ar的重量Wa被施加到手臂支托件94，试图使手臂Ar和手臂支托件94大约沿路径Prl旋转。弹性元件74的力Fs通过缆绳70被传递到附着点82。图4B作为(举到水平面以上角度A5的)系统10的元件的侧视图的示意图，示出各种相关力。力Fs I (弹性元件74在缆绳70上的力)作用在滑轮90上，该滑轮90枢转地结合到手臂托架62。缆绳70的长度LI跨越滑轮90和附着点82之间的距离。力Fs I可以被分别分为垂直分量和平行分量Fs 1||和Fs 1工。作用在中心距尚X上的Fs1工将抵消力矩Ml施加到手臂托架62，并因此施加到手臂支托件94。
[0097]图4C示出旋转到水平面以下角度A6的相同元件。跨越滑轮90和附着点82之间的距离的缆绳70的长度已经增加到L2，从而导致弹性元件74相应地延伸。力Fs 2 (弹性元件74的缆绳70上新的力)也可以被分为分量。作用在中心距离X上的Fs 2i将抵消力矩M2施加到手臂托架62，并因此施加到手臂支托件94。力Fs 2可以例如由于弹性元件74的附加延伸而大于初始力Fs USFs 2i现在成比例地小于Fs I'从而降低所增加的力的影响。这可能导致在手臂托架62的运动范围内的更统一的力响应。其他形式的力管理在本文其他地方描述。
[0098]图5A-5E示出系统10和用户U的视图的序列，其示出系统10允许用户U “放置”手臂支托件94的特征，例如，如果暂时不需要手臂支撑件，在手臂Ar后面或以其他方式远离手臂Ar存储或固定手臂支托件94，并且允许手臂Ar的自由移动。如图5A所示，用户U开始大约沿路径Ppl向后推动手臂支托件94。在图5B中，已经沿路径Pp2进一步向后推动手臂支托件94，从而导致绕竖直枢轴58和水平枢轴66的旋转，并使手臂托架62上的环86更靠近安装在肩部托架50上的挂钩88。继续图5C，且特别在细节B中，环86移动到挂钩88之上。在图中，且特别在细节C中，用户U沿路径Pp4向前移动手臂Ar，其允许环86大约沿路径Pp5移动，这导致其触碰挂钩88 (从而暂时地将其附连到肩部托架50)。最后，图5E (且特别是细节D)示出用户U大约沿路径Pp6移动手臂Ar，使得手臂支托件94不妨碍地“放置”在肩部托架50上。
[0099]图6A-6D中示出了采用不同力管理装置的系统10的变型。适应性手臂支撑件系统150 —般包括与系统10类似的部件(其中类似元件具有相同的参考标号)，但采用双滑轮和缆绳设计来管理力，例如，类似于箭术中的复合弓。如图6A所示，且特别在细节E中，双路径滑轮160在沿手臂托架62从枢轴66偏移的位置处，在枢轴162处枢转地结合到手臂托架62 (而不是图2-5的滑轮90)。双路径滑轮160可以具有相对于彼此固定的一体弹簧缆绳滑轮164和一体凸轮缆绳滑轮168。弹簧缆绳滑轮164具有围绕枢轴162的大致圆形形状，而凸轮缆绳滑轮168具有围绕枢轴162的非对称形状，包括相比于弹簧缆绳滑轮164的周长离枢轴162更远的凸角170。
[0100]弹簧缆绳180具有在附着点182处结合到弹性元件74的一端的第一端(其中弹性元件74的另一端附连到手臂托架62，类似于本文的其他实施例)，以及在附着点184处联接到弹簧缆绳滑轮164的第二端。凸轮缆绳190具有在附着点192处结合到凸轮缆绳滑轮168的第一端，以及在附着点82处结合到缆绳锚84的第二端。
[0101]在图6A所示的举起的手臂位置中，其中弹性元件74相对缩回(S卩，处于较低的势能状态)，弹簧缆绳滑轮164和一体凸轮缆绳滑轮168的有效半径可以相似，从而允许(传递弹性元件74中所存储的力的)弹簧缆绳180与凸轮缆绳190对双路径滑轮160具有大约相同的影响。凸轮缆绳滑轮168上的凸角170不被定位为大致影响关于枢轴162的力矩。在图6B中，其中手臂Ar处于降低位置(且弹性元件74处于较高的势能状态)，双路径滑轮160已经大约沿路径Pcpl绕枢轴162旋转，使凸轮缆绳滑轮168上的凸角170进入呈现较大有效半径的位置中，并且因此为起作用的凸轮缆绳190带来机械优势。具有较小有效半径的弹簧缆绳滑轮164基本上不为弹簧缆绳180提供机械优势。
[0102]图6C-6D中以示意性形式示出了图6A-6B的力。在与图6A关联的图6C中，凸轮缆绳190中的力Fcl I经由(具有半径Rl I的)凸轮缆绳滑轮168作用在双路径滑轮160上，而弹簧缆绳180中的力Fc2 I经由(具有半径R2 I的)弹簧缆绳滑轮164作用在双路径滑轮160上。在所示出的位置中，两个半径大约相等，基本上不为任一个力提供机械优势。凸轮缆绳190的长度LI跨越凸轮缆绳滑轮168和附着点82之间的距离。
[0103]在与图6B关联的图6D中，手臂托架62向下旋转通过角度AS。跨越凸轮缆绳滑轮168和附着点82之间的距离的凸轮缆绳190的长度L2已经相对于长度LI (图6C)增加，导致双路径滑轮160绕枢轴162旋转，并使凸轮缆绳滑轮168的凸角170进入到其中有效半径Rl 2大于弹簧缆绳滑轮164的有效半径R2 2的位置中。尽管弹簧缆绳滑轮164中的力Fc2 2可以由于弹性元件74的偏斜(和增加的势能)而大于力Fc2 I (图6C)，相比半径R22增大的有效半径Rl 2的机械优势用于减小该更大的力的影响，并因此控制被施加到手臂支托件94的力/力矩分布(profile)。
[0104]凸轮缆绳滑轮168和弹簧缆绳滑轮164的形状、位置、中心、附着点和尺寸可以被改变，以实现各种力分布和特征。例如，可以创建将大致恒定的力施加在手臂上的分布，而与竖直位置无关。另一分布可以当手臂处于举起位置时，将更大的力施加在手臂上，并且当手臂处于降低位置时，将更小的力施加在手臂上。第三分布可以具有其中力大致为零的一个或多个位置。
[0105]图7A-7B中示出了另一种形式的力管理，其示出适应性手臂支撑件系统200的另一个示例性实施例。系统200 —般包括类似于系统10的部件(其中类似元件具有相同的参考标号)，但采用附连到枢转托架56的成形附连元件210，以改变弹性元件74的力的变化的影响。如所示出，成形附连元件210相对于枢转托架56大致固定，并具有从其向上延伸的非对称形状。例如，当举过大致竖直角度A9时，(在连机器218处结合到缩回的弹性元件74的)缆绳216接触成形附连元件210，其中有效半径Rcm I相对较大。当手臂支托件94下降通过大致竖直角度AlO时，缆绳216接触成形附连元件210，其中有效半径Rcm 2相对较小，从而给予(由于弹性元件74的延伸而引起的)缆绳216中的增大的力更少的机械优势。
[0106]图8A-8B中示出了另一种形式的力管理，其示出适应性手臂支撑件系统250的另一个示例性实施例。系统250 —般包括类似于系统10的部件(其中类似元件具有相同的参考标号)，但采用恒定力弹簧260，以将力施加到用户的手臂(未示出)。恒定力弹簧260经由弹簧调整片262 (弹簧调整片262为恒定力弹簧260的螺旋端)在枢轴266处枢转地结合到手臂托架62，并在附着点274处枢转地结合到锚272。锚272可调节地结合到铰链托架56。如图SB中所示，手臂支托件94下降通过角度A12，当恒定力弹簧260展开时，弹簧调整片262延长。通过恒定力弹簧260施加的力是大致连续的，但是由于几何条件，手臂支托件94上的力的影响随手臂支托件94的位置改变。
[0107]可选地，在本文的任何实施例中，手臂支托件94的最大高度可以被改变。图9A示出图2的系统10，其中手臂支托件94被完全地举起。在缆绳锚84上提供硬停止调整片310，其接触手臂托架62上的相应停止调整片320，从而防止绕枢轴66的进一步逆时针方向(CCW)旋转(或手臂托架62的增大的竖直角度)。俯仰轴线Aal与水平轴线相隔包容角A13，该包容角A13限定手臂托架62在停止调整片310、320彼此接触之前可以被举起的最大角。在图9B中，停止调整片310的位置可以改变，并且缆绳锚84已经进一步逆时针方向旋转，其中俯仰轴线Aa2与水平轴线相隔包容角A14，从而为比图9A中的更陡峭的角度处的用户手臂Ar提供支撑。
[0108]图10A-10B示出图2的系统10，其中示出了可选的枢转轴22的功能，例如，允许系统10的穿戴装备的上部相对于(例如，固定在用户的腰部或臀部的周围或固定到用户的腰部或臀部的)下部旋转，同时在上部和下部之间转移竖直力。枢转轴22可以在枢转块24内转动，允许绕轴线Dap的旋转，该旋转与用户在腰部旋转他的/她的上身一致。枢转块24附连到腹部板26，其中带子34在可选的扣36 (未示出)处可调节地附连到腹部板26。衬垫28可以连接到腹部板26。可选的挂钩30也可以结合到腹部板26。如图1OA中所示，腹部板26可以大约沿路径Ppl，相对于前轴线Adf (大致平行于支撑板38)绕轴线Dap旋转通过角度A15。此外，枢转块24可以大约沿路径Psl绕轴线Das旋转。在图1OB中，腹部板26大约沿路径Pp2，相对于前轴线Adf (大致平行于支撑板38)绕轴线Dap旋转通过角度A16。此外，枢转块24可以大约沿路径Ps2绕轴线Das旋转。系统10可以包括串行或并行布置的多于一个的此类枢轴。
[0109]图11A-11B示出适应性手臂支撑件系统350的另一个示例性实施例，其包括类似于系统10的部件(其中类似元件具有相同的参考标记)，但采用柔性杆360以将竖直支柱20结合到腹部板26。柔性杆360可以在多个方向上折曲，或者可以被偏置为仅在一个方向中折曲。如图1lA中所示，与柔性杆360的顶部364同心的轴线Dabl相对于轴线Dap倾斜角度A17(与用户在腰部处弯曲一致)。如图1lB中所示，与柔性杆360的顶部364同心的轴线Dab2相对于轴线Dap进一步倾斜角度Al (与用户在腰部处进一步弯曲一致)。柔性杆360还可以在枢转块24内绕轴线Dap旋转，同时转移穿戴装备的上部和下部之间的力。
[0110]图12A-12B中示出了采用不同的力管理装置的系统10的变型。适应性手臂支撑件系统400 —般包括与系统10相似的部件(其中相似元件具有相同的参考标号)，但采用气体拉伸弹簧415而不是弹性元件74。包括主体420和轴425的气体拉伸弹簧415可以在支座76处联接到手臂托架62，并在附着点182处联接到缆绳180。如图12B中所示，当手臂支托件94下降时，气体拉伸弹簧415伸展，其中轴425作为响应而相对于主体420延伸。气体拉伸弹簧415可以提供所需的阻尼力，以限制手臂托架62的旋转速度。
[0111]转向图13A和图13B，示出了由用户U佩戴的适应性手臂支撑件系统500的另一个示例性实施例。通常，支撑件500包括一个或两个手臂支撑件组件505 (示出了两个)和穿戴装备组件510，它们一起用于适应性地支撑用户的手臂，类似于本文的其他实施例。
[0112]穿戴装备组件510包括形成大约与用户U的肩部S同心的一个或多个大致竖直的肩部枢轴552的特征，类似于在本文别处所描述的那些以及在本文别处识别的应用中的那些。肩部竖直枢轴552进一步由轴线Davl和Davr限定，其中肩部竖直枢轴552绕轴线Davl和Davr旋转。在肩部水平枢轴584处绕轴线Dahl (Dahl也大约与肩部S同心，并且可以或可以不垂直于轴线Davl)转动的手臂支撑件组件505被偏置以在左臂Al上提供提升力，从而抵消手臂的全部或一部分重量。手臂支撑件组件505结合到穿戴装备组件510，并因此将手臂Al的负载转移到用户U的身体上的其他反作用点，例如，肩部S、腰部W、臀部H和背部B(例如，通过图18中示出的力所表示的)。
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