外骨骼踝关节机器装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106264988A(43)申请公布日2017.01.04(21)申请号201510390592.7(22)申请日2015.06.30(30)优先权数据62/159，9552015.05.11US14/745，4602015.06.21US(71)申请人香港理工大学地址中国香港九龙红磡(72)发明人汤启宇杨凌锋欧凯丽何思杰卫汉华彭民杰(74)专利代理机构深圳市瑞方达知识产权事务所(普通合伙)44314代理人张约宗张秋红(51)Int.Cl.A61H3/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图17页(54)发明名称外骨骼踝关节机器装置(57)摘要本发明是一种包括齿轮传动和控制系统的便携式电动机驱动外骨骼踝关节机器装置，旨在为存在行走困难、肌肉无力或有关节问题的使用者在不同的速度和行走环境类型下提供步态辅助。CN106264988ACN106264988A权利要求书1/2页1.一种外骨骼踝关节机器装置包括：一个腿支架；一个枢转的耦合至所述腿支架的踝关节或近端踝关节位置的底垫；用一个活节接头连接所述腿支架和所述底垫的驱动器，所述驱动器从电源获得动力，产生扭矩驱动所述活节接头，从而在所述腿支架和所述底垫之间产生相对旋转运动；与所述活节接头连接的齿轮传动系统用于传送驱动器的旋转轴，使该装置移动至最佳位置，从而使穿着普通鞋时该装置显得轻巧而不笨重；至少包括一个传感器反馈使用者的步态相位；一个控制器用于接收所述至少一个传感器反馈的步态相位，并发送指令以控制所述驱动器，为该用户提供积极的步态辅助。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述齿轮传动系统至少包括一对齿轮，而所述齿轮将旋转轴转动至远离所述踝关节或近端踝关节位置的一个位置。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述位置在使用者小腿位置之前。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一对齿轮有齿数比，而所述齿数比增大或减小传动所述齿轮传动系统的扭矩。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动器包括一个伺服电动机，用以提供对所述活节接头的扭矩控制或位置控制。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动器的动力来自于电池。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腿支架和所述底垫由坚硬而轻质的材料制作，所选材料包括碳化纤维、碳复合材料、轻金属和塑料。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器由一个微处理器和存储器组成。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器通过一个无线通信网络与一个外部计算装置进行通信。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个传感器由连接至所述底垫的至少一个力传感器组成，用于在接收到施加于所述底垫的至少一个位置的力时产生信号。11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述至少一个力传感器的传感器包括力敏电阻器、测力传感器和应变仪。12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个传感器包括连接至所述腿支架和所述底垫的至少一个运动传感器，用于对所述装置至少一个位置的位移和方向改变进行感知。13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个传感器包括加速计、陀螺仪、角度编码器、电位计和测力感测器。14.一种辅助使用者步态的方法包括：一个校准；对连接至使用者小腿的腿支架位移和方向改变进行感知以及对连接至使用者一只脚的底垫位移和方向改变进行感知；对施加于所述底垫前端位置和后端位置的压力进行感知；2CN106264988A权利要求书2/2页确定步态相位；利用控制算法划分行走速度等级和行走环境类型；控制驱动器以生成预设的扭矩曲线，从而有选择地辅助或中断使用者的踝关节运动。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述校准包括一个站立校准，用于获得一系列预设阀值，同时使用者单脚站立一个预设的时间段，然后该使用者在所述预设的时间段换脚从而使该只脚承力或卸力。16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述校准还包括一个行走校准，用于获得一系列预设阀值，同时使用者行走预设的试验步数，而该预设的步数中包括一个或多个行走环境类型，包括不同的行走速度和在不同的水平面行走。17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步态相位是一个预迈步的阶段，包括使用者足底压力信号的减少或使用者小腿的角速度信号的增加。18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述行走速度的划分包括运动学步态参数与参考值之间的比率；而所述参考值是通过所述校准确定的。19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述运动学步态参数是使用者小腿的线性加速度，或是在预迈步阶段使用者小腿的角速度。20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述行走