1.一种辅助髋关节运动的方法,包括:
确定在使用者的当前步态周期期间将由可穿戴式机器人系统产生的期望峰值力或积分功率;
产生致动分布,根据所述致动分布来致动所述可穿戴式机器人系统,以产生所述期望峰值力或积分功率;
监测髋关节的角度的实时测量,以检测髋关节何时达到最大屈曲角度;和
响应于检测到髋关节的角度已经达到最大屈曲角度,根据所述致动分布来致动所述可穿戴式机器人系统,以辅助使用者的髋关节的伸展运动。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述期望峰值力是预定基线力。
3.根据权利要求2所述的方法,其中确定期望峰值力还包括:
至少部分地基于髋关节的运动范围和使用者的相应腿的长度的测量来估计使用者正在移动的速度;和
通过与使用者正在移动的估计速度相关联的预定校正因子来调节预定力。
4.根据权利要求3所述的方法,其中估计使用者正在移动的速度还包括:
从髋关节的角度或旋转速度中的至少一个的测量来确定使用者的髋关节的运动范围;
基于使用者的运动范围和腿长度来估计使用者的步进长度;
监测髋关节的角度的测量以确定使用者的步进时间;和
通过将步进长度除以步进时间来计算使用者正在移动的估计速度。
5.根据权利要求3所述的方法,其中所述预定校正因子与以各种速度作用在髋关节上的不同生理力矩相关联。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述致动分布限定所述可穿戴式机器人系统的致动器的位置,所述致动器被构造成在使用者的当前步态周期中的给定点处在所述可穿戴式机器人系统中产生相应的力。
7.根据权利要求2所述的方法,其中产生致动分布还包括:
测量在使用者的至少一个先前步态周期期间由所述可穿戴式机器人系统产生的峰值力;
将在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量峰值力与在所述至少一个先前步态周期期间将要产生的期望峰值力进行比较;和
调节所述致动分布的振幅以考虑在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量峰值力和期望峰值力之间的差异。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述致动器的位置从第一位置到第二位置增加,第二位置被构造成在所述可穿戴式机器人系统中产生所述期望峰值力。
9.根据权利要求8所述的方法,其中在至少部分地基于关节运动的实时测量的触发事件的检测时发生致动器位置的增加。
10.根据权利要求8所述的方法,其中对于所述致动分布的大部分保持第二位置。
11.根据权利要求8所述的方法,其中所述致动器的位置随后从第二位置减小。
12.根据权利要求6所述的方法,其中所述致动分布基本上是梯形形状,从而提供具有由所述期望峰值力限定的峰值的基本上三角形的力分布。
13.根据权利要求1所述的方法,还包括在身体关节的测量角度达到预定角度时,终止所述可穿戴式机器人系统的致动。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述预定角度是对应于当使用者的腿部在当前步态周期期间基本上垂直于地面定向时的关节角度。
15.根据权利要求1所述的方法,还包括基于先前步态周期的步法时间估计在致动的开始和步态周期的预定百分比之间经过的时间段,以及在所述时间段的结束时终止致动。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述预定百分比是所述步法时间的约40%。
17.根据权利要求1所述的方法,其中所述致动辅助身体关节的伸展运动。
18.根据权利要求1所述的方法,还包括:
在多个先前步态周期中确定髋关节的平均最大屈曲角度;
检测在当前步态周期期间髋关节的角度已经超过所述多个先前步态周期中的平均最大屈曲角度达预定阈值;和
延迟致动的开始,直到在当前步态周期期间髋关节的角度返回到在先前步态周期中的平均最大屈曲角度以下。
19.一种用于对使用者的髋关节的运动辅助的可穿戴式机器人系统,包括:
至少一个传感器,其适于监测髋关节的角度的实时测量,以检测髋关节何时达到最大屈曲角度;和
至少一个处理器,其适于获得存储在非暂时性介质上的计算机可执行命令,所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统:
确定在使用者的当前步态周期期间将由所述可穿戴式机器人系统产生的期望峰值力或积分功率;
产生致动分布,根据所述致动分布来致动所述可穿戴式机器人系统,以产生所述期望峰值力或积分功率;
检测髋关节的角度何时达到最大屈曲角度;和
响应于检测到髋关节已经达到最大屈曲角度,根据所述致动分布来致动所述可穿戴式机器人系统,以辅助使用者的髋关节的伸展运动。
20.根据权利要求19所述的系统,其中所述期望峰值力是预定基线力。
21.根据权利要求20所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统通过进行至少以下操作来确定期望峰值力:
至少部分地基于髋关节的运动范围和使用者的相应腿的长度的测量来估计使用者正在移动的速度;和
通过与使用者正在移动的估计速度相关联的预定校正因子来调节预定力。
22.根据权利要求21所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统通过至少进行以下操作来估计使用者的速度:
从髋关节的角度或旋转速度中的至少一个的测量来确定使用者的髋关节的运动范围;
基于使用者的运动范围和腿长度来估计使用者的步进长度;
监测髋关节的角度的测量以确定使用者的步进时间;和
通过将步进长度除以步进时间来计算使用者正在移动的估计速度。
23.根据权利要求21所述的系统,其中所述预定校正因子与以各种速度作用在髋关节上的不同生理力矩相关联。
24.根据权利要求19所述的系统,还包括致动器,其被构造成在使用者的当前步态周期中的给定点处在所述可穿戴式机器人系统中产生相应的力,其中所述致动分布限定所述致动器的位置。
25.根据权利要求19所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统通过进行至少以下操作来产生致动分布:
使用至少一个第二传感器测量在使用者的至少一个先前步态周期期间由所述可穿戴式机器人系统产生的峰值力;
将在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量峰值力与在所述至少一个先前步态周期期间将要产生的期望峰值力进行比较;和
调节所述致动分布的振幅以考虑在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量峰值力和期望峰值力之间的差异。
26.根据权利要求25所述的系统,其中所述致动器的位置从第一位置向第二位置增加,并且其中所述致动器的第二位置在所述可穿戴式机器人系统中产生所述期望峰值力。
27.根据权利要求26所述的系统,其中在至少部分地基于关节运动的实时测量的触发事件的检测时发生致动器位置的增加。
28.根据权利要求26所述的系统,其中对于所述致动分布的大部分保持第二位置。
29.根据权利要求26所述的系统,其中所述致动器的位置随后从第二位置减小。
30.根据权利要求24所述的系统,其中所述致动分布基本上是梯形形状,从而提供具有由所述期望峰值力限定的峰值的基本上三角形的力分布。
31.根据权利要求19所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统在身体关节的测量角度达到预定角度时,终止所述可穿戴式机器人系统的致动。
32.根据权利要求31所述的系统,其中所述预定角度是对应于当使用者的腿部在当前步态周期期间基本上垂直于地面定向时的关节角度。
33.根据权利要求19所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统:
基于先前步态周期的步法时间估计在致动的开始和步态周期的预定百分比之间经过的时间段;和
在所述时间段的结束时终止致动。
34.根据权利要求33所述的系统,其中所述预定百分比是所述步法时间的约40%。
35.根据权利要求19所述的系统,其中所述致动辅助身体关节的伸展运动。
36.根据权利要求19所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统:
在多个先前步态周期中确定髋关节的平均最大屈曲角度;
检测在当前步态周期期间髋关节的角度已经超过所述多个先前步态周期中的平均最大屈曲角度达预定阈值;和
延迟致动的开始,直到在当前步态周期期间髋关节的角度返回到在先前步态周期中的平均最大屈曲角度以下。
37.一种辅助踝关节运动的方法,包括:
确定在使用者的当前步态周期期间将由可穿戴式机器人系统产生的期望峰值力或积分功率;
产生致动分布,根据所述致动分布可致动所述可穿戴式机器人系统以将期望峰值力或积分功率传递到使用者的身体;
检测使用者的脚跟着地;
监测使用者踝部的旋转速度的实时测量,以检测在脚跟着地的检测之后踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化;和
响应于检测到踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化,根据所述致动分布来致动所述可穿戴式机器人系统,以辅助使用者的踝关节的跖屈运动。
38.根据权利要求37所述的方法,其中所述期望峰值力是预定基线力。
39.根据权利要求38所述的方法,其中确定期望峰值力还包括:
至少部分地基于髋关节的运动范围和使用者的相应腿的长度的测量来估计使用者正在移动的速度;和
通过与使用者正在移动的估计速度相关联的预定校正因子来调节预定力。
40.根据权利要求39所述的方法,其中估计使用者正在移动的速度还包括:
从髋关节的角度或旋转速度中的至少一个的测量来确定使用者的髋关节的运动范围;
基于使用者的运动范围和腿长度来估计使用者的步进长度;
监测髋关节的角度的测量以确定使用者的步进时间;和
通过将步进长度除以步进时间来计算使用者正在移动的估计速度。
41.根据权利要求39所述的方法,其中所述预定校正因子与以各种速度作用在踝关节上的变化的生理力矩相关联。
42.根据权利要求37所述的方法,其中所述致动分布限定所述可穿戴式机器人系统的致动器的位置,所述致动器被构造成在使用者的当前步态周期中的给定点处在所述可穿戴式机器人系统中产生相应的力。
43.根据权利要求37所述的方法,其中产生致动分布还包括:
测量在使用者的至少一个先前步态周期期间由所述可穿戴式机器人系统产生的峰值力;
将在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量峰值力与在所述至少一个先前步态周期期间将要产生的期望峰值力进行比较;和
调节所述致动分布的振幅以考虑在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量峰值力和期望峰值力之间的差异。
44.根据权利要求42所述的方法,其中所述致动器的位置从第一位置到第二位置增加,第二位置被构造成在所述可穿戴式机器人系统中产生所述期望峰值力。
45.根据权利要求44所述的方法,其中在至少部分地基于关节运动的实时测量的触发事件的检测时发生致动器位置的增加。
46.根据权利要求44所述的方法,其中对于所述致动分布的大部分保持第二位置。
47.根据权利要求44所述的方法,其中第二位置在所述致动分布中保持与当前步态周期期间待辅助的关节运动的估计持续时间相对应的持续时间。
48.根据权利要求47所述的方法,其中在当前步态周期期间待辅助的关节运动的估计持续时间至少部分地基于在先前步态周期期间关节的旋转速度的测量。
49.根据权利要求44所述的方法,其中所述致动器的位置随后从第二位置减小。
50.根据权利要求42所述的方法,其中所述致动分布基本上是梯形形状,从而提供具有由所述期望峰值力限定的峰值的基本上三角形的力分布。
51.根据权利要求37所述的方法,还包括在踝关节的测量旋转速度随后达到预定速度时,终止所述可穿戴式机器人系统的致动。
52.根据权利要求51所述的方法,其中所述预定速度约为零。
53.根据权利要求37所述的方法,还包括基于先前步态周期的步法时间估计在致动的开始和步态周期的预定百分比之间经过的时间段,以及在所述时间段的结束时终止致动。
54.根据权利要求37所述的方法,其中通过所述可穿戴式机器人系统的致动在踝关节周围产生的所得到的扭矩与踝关节的运动协同起作用,从而向踝关节施加正功率,以辅助踝关节的跖屈运动。
55.根据权利要求54所述的方法,其中所得到的扭矩有助于向前推进使用者。
56.根据权利要求48所述的方法,其中所述致动器的第一位置被构造成使得所述可穿戴式机器人系统在脚跟着地与踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化之间发生的踝关节运动的至少一部分期间在踝关节上施加成比例增加的力。
57.根据权利要求56所述的方法,其中所施加的力产生与踝关节的运动相反的扭矩,从而在相应的运动期间向踝关节施加负功率。
58.根据权利要求56所述的方法,其中所得到的扭矩用于在相应的站姿背屈运动期间预拉伸踝关节。
59.根据权利要求37所述的方法,其中确定期望峰值力还包括:
测量在使用者的至少一个先前步态周期期间由所述可穿戴式机器人系统产生的力;
监测使用者踝部的旋转速度的实时测量,以检测在踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化之后踝关节的测量旋转速度的方向的第二变化;
在从检测到的踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化到检测到的踝关节的测量旋转速度的方向的第二变化之间的时间段期间,计算由所述可穿戴式机器人系统产生的积分正功率,其中所述积分正功率通过将测量的力与相应的踝关节的测量旋转速度相乘来确定;
将在所述至少一个先前步态周期期间的测量积分正功率与在所述至少一个先前步态周期期间将要产生的期望积分正功率进行比较;和
调节所述致动分布的预定振幅以考虑在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量积分正功率和期望积分正功率之间的差异。
60.根据权利要求37所述的方法,其中确定期望峰值力还包括:
测量在使用者的至少一个先前步态周期期间由所述可穿戴式机器人系统产生的预张力;
在从检测到脚跟着地到检测到的踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化之间的时间段期间,通过将测量的预张力与踝关节的测量的旋转速度相乘,计算由所述可穿戴式机器人系统产生的积分负功率;
将在所述至少一个先前步态周期期间的测量积分负功率与在所述至少一个先前步态周期期间将要产生的期望积分负功率进行比较;和
调节所述致动分布的预定振幅以考虑在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量积分负功率和期望积分负功率之间的差异。
61.一种用于对使用者的踝关节的运动辅助的可穿戴式机器人系统,包括:
至少一个传感器,其适于监测使用者踝部的旋转速度的实时测量,以检测在脚跟着地的检测之后踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化;和
至少一个处理器,其适于获得存储在非暂时性介质上的计算机可执行命令,所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统:
确定在使用者的当前步态周期期间将由所述可穿戴式机器人系统产生的期望峰值力或积分功率;
产生致动分布,根据所述致动分布可致动所述可穿戴式机器人系统以将期望峰值力或积分功率传递到使用者的身体;
检测使用者的脚跟着地;
检测踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化;和
响应于检测到踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化,根据所述致动分布来致动所述可穿戴式机器人系统,以辅助使用者的踝关节的跖屈运动。
62.根据权利要求61所述的系统,其中所述期望峰值力是预定基线力。
63.根据权利要求62所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统通过进行至少以下操作来确定期望峰值力:
至少部分地基于髋关节的运动范围和使用者的相应腿的长度的测量来估计使用者正在移动的速度;和
通过与使用者正在移动的估计速度相关联的预定校正因子来调节预定力。
64.根据权利要求63所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统通过至少进行以下操作来估计使用者的速度:
从髋关节的角度或旋转速度中的至少一个的测量来确定使用者的髋关节的运动范围;
基于使用者的运动范围和腿长度来估计使用者的步进长度;
监测髋关节的角度的测量以确定使用者的步进时间;和
通过将步进长度除以步进时间来计算使用者正在移动的估计速度。
65.根据权利要求63所述的系统,其中所述预定校正因子与以各种速度作用在踝关节上的变化的生理力矩相关联。
66.根据权利要求61所述的系统,还包括致动器,其被构造成在使用者的当前步态周期中的给定点处在所述可穿戴式机器人系统中产生相应的力,其中所述致动分布限定所述致动器的位置。
67.根据权利要求61所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统通过进行至少以下操作来产生致动分布:
测量在使用者的至少一个先前步态周期期间由所述可穿戴式机器人系统产生的峰值力;
将在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量峰值力与在所述至少一个先前步态周期期间将要产生的期望峰值力进行比较;和
调节所述致动分布的振幅以考虑在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量峰值力和期望峰值力之间的差异。
68.根据权利要求66所述的系统,其中所述致动器的位置从第一位置到第二位置增加,第二位置被构造成在所述可穿戴式机器人系统中产生所述期望峰值力。
69.根据权利要求68所述的系统,其中在至少部分地基于关节运动的实时测量的触发事件的检测时发生致动器位置的增加。
70.根据权利要求68所述的系统,其中对于所述致动分布的大部分保持第二位置。
71.根据权利要求68所述的系统,其中第二位置在所述致动分布中保持与当前步态周期期间待辅助的关节运动的估计持续时间相对应的持续时间。
72.根据权利要求71所述的系统,其中在当前步态周期期间待辅助的关节运动的估计持续时间至少部分地基于在先前步态周期期间关节的旋转速度的测量。
73.根据权利要求68所述的系统,其中所述致动器的位置随后从第二位置减小。
74.根据权利要求68所述的系统,其中所述致动分布基本上是梯形形状,从而提供具有由所述期望峰值力限定的峰值的基本上三角形的力分布。
75.根据权利要求61所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统在踝关节的测量旋转速度随后达到预定速度时终止所述可穿戴式机器人系统的致动。
76.根据权利要求75所述的系统,其中所述预定速度约为零。
77.根据权利要求61所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统:
基于先前步态周期的步法时间估计在致动的开始和步态周期的预定百分比之间经过的时间段;和
在所述时间段的结束时终止致动。
78.根据权利要求61所述的系统,其中通过所述可穿戴式机器人系统的致动在踝关节周围产生的所得到的扭矩与踝关节的运动协同起作用,从而向踝关节施加正功率,以辅助踝关节的跖屈运动。
79.根据权利要求78所述的系统,其中所得到的扭矩有助于向前推进使用者。
80.根据权利要求72所述的系统,其中所述致动器的第一位置被构造成使得所述可穿戴式机器人系统在脚跟着地与踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化之间发生的踝关节运动的至少一部分期间在踝关节上施加成比例增加的力。
81.根据权利要求80所述的系统,其中所施加的力产生与踝关节的运动相反的扭矩,从而在相应的运动期间向踝关节施加负功率。
82.根据权利要求80所述的系统,其中所得到的扭矩用于在相应的站姿背屈运动期间预拉伸踝关节。
83.根据权利要求61所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统通过进行至少以下操作来产生致动分布:
测量在使用者的至少一个先前步态周期期间由所述可穿戴式机器人系统产生的力;
在从检测到的踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化到检测到的踝关节的测量旋转速度的方向的第二变化之间的时间段期间,通过将测量的力与踝关节的测量旋转速度相乘,计算由所述可穿戴式机器人系统产生的积分正功率;
将在所述至少一个先前步态周期期间的测量积分正功率与在所述至少一个先前步态周期期间将要产生的期望积分正功率进行比较;和
调节所述致动分布的预定振幅以考虑在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量积分正功率和期望积分正功率之间的差异。
84.根据权利要求61所述的系统,其中所述计算机可执行命令在由所述至少一个处理器执行时使所述可穿戴式机器人系统通过进行至少以下操作来产生致动分布:
测量在使用者的至少一个先前步态周期期间由所述可穿戴式机器人系统产生的预张力;
在从检测到脚跟着地到检测到的踝关节的测量旋转速度的方向的第一变化之间的时间段期间,通过将测量的预张力与踝关节的测量的旋转速度相乘,计算由所述可穿戴式机器人系统产生的积分负功率;
将在所述至少一个先前步态周期期间的测量积分负功率与在所述至少一个先前步态周期期间将要产生的期望积分负功率进行比较;和
调节所述致动分布的预定振幅以考虑在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量积分负功率和期望积分负功率之间的差异。
85.根据权利要求1所述的方法,其中确定期望积分功率还包括:
至少部分地基于髋关节的运动范围和使用者的相应腿的长度的测量来估计使用者正在移动的速度;和
通过与使用者正在移动的估计速度相关联的预定校正因子来调节积分功率。
86.根据权利要求85所述的方法,其中所述预定校正因子与以各种速度作用在髋关节上的不同生理力矩相关联。
87.根据权利要求1所述的方法,其中产生致动分布还包括:
测量在使用者的至少一个先前步态周期期间由所述可穿戴式机器人系统产生的力;
计算由所述可穿戴式机器人系统在所述至少一个先前周期期间产生的积分正功率,其中所述积分正功率通过将测量的力与相应的踝关节的测量旋转速度相乘来确定;
将在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量积分正功率与在所述至少一个先前步态周期期间将要产生的期望积分正功率进行比较;和
调节所述致动分布的振幅以考虑在所述至少一个先前步态周期期间产生的测量积分正功率和期望积分正功率之间的差异。