用于引導目標關節的運動的系統的制作方法

1.本發明涉及一種用于引導三自由度旋轉關節或關節系統的運動的系統以及用于跟蹤和/或致動目標身體的運動的運動系統，其采用運動引導裝置來輔助目標身體的運動。


背景技術：

2.除非本文另有說明，否則本節中描述的材料不是本技術中權利要求的現有技術，并且不因包含在本節中而被承認為為現有技術。
3.在醫療外骨骼應用方面，2013年估計有20,639,200(7.1％)的非機構化美國居民患有行走障礙，而2012年有約2,512,800(7.2％)的加拿大人報告了行動障礙。這些殘疾的成本估計為每年相當于3750億美元的家庭護理人員支持，此外還會給患者和醫療保健系統帶來巨大的經濟和社會負擔。
4.一項旨在減少這一健康問題并改善患者生活質量的新興技術是動力下半身外骨骼：可穿戴機器人系統完全或部分支撐用戶的重量并提供受控的腿部運動指導，從而使用戶能夠站立和行走。與使用輪椅和其他傳統方式相比，該解決方案具有優勢，因為它還可以幫助減少因不動而導致的繼發并發癥，諸如肺炎、血栓、褥瘡和自尊心降低。然而，當前外骨骼技術的一個主要缺點是髖關節和踝關節的運動范圍有限，在人體中它們都能夠實現三個旋轉自由度(dof)。通常，目前的技術使用三個旋轉元件，每個旋轉元件對應于三種運動(屈曲/伸展、外展/內收、內/外旋轉，如圖1所示)中的一種，其中每個關節軸線垂直于它之前的軸線，并且具有與這些運動之一在相同方向上運行的軸線。然而，髖關節的內/外旋轉軸線是豎直的，在靠近臀部的區域穿過軀干和腿的內部，因此任何機械部件都無法直接對齊。通常，為了克服這個問題，可以將用于內/外旋轉的旋轉元件轉移到沿相同方向運行但不與髖關節相交的關節。這可以允許系統具有3自由度，但不能圍繞單個中心點(因為關節軸線不會全部在一個點相交)，并且因此，裝置的運動與用戶的運動不匹配。替代地，該系統可以采用能夠在身體內產生遠程旋轉中心的更復雜的關節。這可以允許系統具有三個純旋轉自由度，如在共同未決的國際申請號pct/ca2019/050640(公開號wo2019/218056)中公開的，然而這種遠程定心機構/關節的系統更復雜。


技術實現要素：

5.在一個方面，提供了一種運動引導裝置，其允許圍繞與目標身體的目標關節的旋轉中心大致對齊的遠程旋轉中心進行三自由度(dof)運動。所述裝置包括通過基座聯接件和基座矯形結構連接到所述目標身體的基座結構，與聯接件網絡互連的三個旋轉關節，使得聯接件網絡不會機械干擾所述目標身體，以及所述連接網絡的一端連接到所述基座結構。至少一個旋轉關節與目標關節的運動軸線不對齊。每個旋轉關節提供一個圍繞相應軸線旋轉運動的自由度，使得三個旋轉關節的每個軸線在遠程旋轉中心相交。聯接件網絡的幾何形狀是可調節的，以在三個維度上調節遠程旋轉中心的位置。該裝置還包括在另一端附接至聯接件網絡的執行器板，使得執行器板的附接點可通過板調節系統調節。執行器板
通過可調節板矯形系統連接到目標點，使得執行器板和目標身體的連接點與基座結構和目標身體之間的連接點間隔開。三個旋轉關節和聯接件網絡使得執行器板圍繞與目標關節的旋轉中心大致對齊的遠程旋轉中心旋轉。
6.在另一方面，至少一個旋轉關節是致動至少一個旋轉關節的旋轉致動器。運動引導裝置還包括控制器，控制器包括輸入單元、處理單元和輸出單元。輸出單元與至少一個旋轉致動器可操作地聯接以指導運動引導裝置的運動。還提供了多個傳感器，以測量三個關節或聯接件網絡的位置和/或方向，以及作用在聯接件(linkage,連桿)和關節之間的力/扭矩以及作用在運動引導裝置與其環境之間的力/扭矩。
7.在又一方面，運動引導裝置包括至少一個致動器分支，該致動器分支在一端在第一附接點處可操作地聯接到的聯接件網絡中的一個聯接件并且在相對端處在第二附接點處。至少一個致動器分支包括至少一個旋轉致動器、一個或多個旋轉關節和聯接件系統。至少一個致動器分支被配置為致動執行器板和3個旋轉關節中的至少一個中的運動。
8.在一方面，致動器分支的第二附接點將致動器分支連接到基座結構。
9.在另一方面，提供了至少一個附加致動器分支。至少一個附加致動器分支在一端在第一附接點處可操作地聯接到聯接件網絡中的一個聯接件并且在相對端在第二附接點處。至少一個附加致動器分支包括至少一個旋轉致動器、一個或多個旋轉關節和聯接件系統，并且被配置成致動執行器板和3個旋轉關節中的至少一個中的運動。
10.在又一方面，提供了一種運動引導輔助系統。該系統包括本發明的運動引導裝置、與所述運動引導裝置串聯連接的至少一個附加關節系統以及與所述運動引導裝置和所述至少一個附加關節系統通信的控制器。所述控制器被配置成致動和協調所述運動引導裝置和所述至少一個附加關節系統的運動。
11.除了上述方面和實施方式之外，通過參考附圖和研究以下詳細描述，其他方面和實施方式將變得顯而易見。
附圖說明
12.圖1是用戶的透視圖，示出了髖關節的運動軸線。
13.圖2是安裝到用戶的運動引導裝置的實例的透視圖，具有三個旋轉關節以允許圍繞與用戶髖關節的旋轉中心對齊的旋轉中心進行三自由度運動。
14.圖3是圖2的運動引導裝置的立體圖，示出了用于調節旋轉關節相對于運動引導裝置的基座的位置的調節機構。
15.圖4是具有不同幾何形狀和位置的旋轉關節的運動引導裝置的另一實施例的透視圖。
16.圖5是示出了運動引導裝置的整體結構的機械示意圖1。
17.圖6是具有三個旋轉致動器的運動引導裝置的實施方式的實例的透視圖。
18.圖7是具有兩個旋轉致動器和一個旋轉關節以及用于間接致動旋轉關節的平行分支的運動引導裝置的另一實施方式的實例的透視圖。
19.圖8是圖7的運動引導裝置的透視圖，示出了連接到基座的背包單元。
20.圖9是圖7的運動引導裝置的結構的機械示意圖。
21.圖10示出了安裝到用戶并從用戶的背面觀看的運動引導裝置的實施方式的實例。
22.圖11是圖10的運動引導裝置的透視圖，示出了用戶的前右側。
23.圖12是運動引導裝置的一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有平行的分支致動系統，其在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到基座結構，并且被配置為間接致動運動引導裝置。
24.圖13是運動引導裝置的一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有用于間接致動運動引導裝置的兩個平行的分支致動系統，兩個平行的分支致動系統中的每一個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到基座結構。
25.圖14是運動引導裝置的另一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有兩個平行的分支致動系統，兩個平行的分支致動系統中的每一個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到基座結構。
26.圖15是運動引導裝置的另一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有兩個平行的分支致動系統，兩個平行的分支致動系統中的每一個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到基座結構。
27.圖16是運動引導裝置的另一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有一個平行的分支致動系統，其在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到基座結構。
28.圖17是運動引導裝置的另一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有一個平行的分支致動系統，其在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到運動引導裝置的另一個聯接件。
29.圖18是運動引導裝置的另一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有兩個平行的分支致動系統，兩個平行的分支致動系統中的每一個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到運動引導裝置的另一個聯接件。
30.圖19是運動引導裝置的另一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有三個平行的分支致動系統，三個平行的分支致動系統中的每一個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到基座結構。
31.圖20是運動引導裝置的另一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有三個平行的分支致動系統，三個平行的分支致動系統中的兩個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到基座結構，并且三個平行的分支致動系統中的一個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到運動引導裝置的另一個聯接件。
32.圖21是運動引導裝置的另一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有兩個平行的分支致動系統，兩個平行的分支致動系統中的一個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到基座結構，并且兩個平行的分支致動系統中的一個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到運動引導裝置的另一個聯接件。
33.圖22是運動引導裝置的另一個實施方式的結構的機械示意圖，該運動引導裝置具有三個平行的分支致動系統，三個平行的分支致動系統中的一個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到基座結構，并且三個平行的分支致動系統中的兩個在一端連接到運動引導裝置的聯接件并且在相對端連接到運動引導裝置的另一個聯接件。
34.圖23是運動引導裝置的另一個實施方式的實例的透視圖。
35.圖24是運動引導裝置的又一個實施方式的實例的透視圖。
36.圖25示出了運動引導輔助系統的實施方式的實例，該系統采用安裝在用戶的一條腿上的多于一個運動引導裝置并從用戶的背部觀察。
37.圖26示出了運動引導輔助系統的實施方式的實例，該系統采用安裝在用戶的兩條腿上的多于一個運動引導裝置并從用戶的背部觀察。
38.圖27是圖26的運動引導輔助系統的透視前視圖。
39.圖28示出了從背部觀察的采用多于一個運動引導裝置的運動引導輔助系統的實施方式的實例，該運動引導輔助系統包括兩條腿的下半身外骨骼。
40.圖29是圖28的運動引導輔助系統的透視前視圖。
具體實施方式
41.本技術公開了一種運動引導裝置，其僅使用旋轉關節，同時通過改變關節的角度和方向，使得沒有一個關節會干擾身體，但仍然在目標關節處相交，從而仍允許在髖部進行純球形運動?？梢韵P于對齊和垂直的限制，旋轉關節不一定需要與特定運動對齊或垂直于其他關節，從而允許潛在的緊湊、穩固和可穿戴的球形運動結構。本公開的運動引導裝置可用于致動或跟蹤包含三自由度(dof)球窩關節或準球窩關節的目標身體的運動。該裝置通?？梢允禽d荷的，也就是說它可以將施加在系統的一個點上的某些力傳遞到裝置上的另一點，并且可以與附加的被動或主動關節裝置串聯連接，以致動或跟蹤其他目標關節的運動。本技術的運動引導裝置可以通過產生遠程旋轉中心來提供上述功能，該遠程旋轉中心可以與目標關節旋轉中心(大致)對齊，使得對于某些幾何形狀和某些運動范圍，運動引導裝置的關節和聯接件系統不會機械干擾目標身體的元件。運動引導裝置的實施方式可以充當髖關節外骨骼模塊，該模塊可以跟蹤/致動髖關節的三個自由度而不干擾用戶的身體(對于特定運動)。上述運動引導裝置的實施方式可以與附加的致動結構/系統串聯互連，以致動佩戴者身體中的其他關節。
42.為了說明起見，提出的實施方式的旋轉中心將被認為與用戶的目標關節的旋轉中心對齊，盡管這可能不一定是實際情況。將呈現用于這些裝置的各種實施方式的串聯和并聯的幾種可能的致動方案，并且下文將討論另外的致動方案。就本文檔而言，關于主體(或系統)“干擾”或表現出“機械干擾”或“干擾”另一主體的聲明通常描述了這兩個物體或主體在某些情況下彼此相交或碰撞的情況。本文使用的術語主體可以表示任何物理對象或實體。這也可適用于多個主體的系統，其中“干擾”可能構成一個系統的一個或多個物體，其與可能構成另一個系統或屬于另一個系統的一部分的一個或多個其他主體相交或影響后者。通常，圖中所示的特定組件僅用于說明目的，并不意味著必須在尺寸、幾何形狀或任何特定方面表示真實的特性或尺寸。為了本技術的目的，如果關節或系統的所有自由度都受到控制或致動，則關節或裝置或系統被稱為主動的。如果關節或裝置或系統的至少一個但不是所有自由度受到控制或致動，則關節或裝置或系統被稱為半主動的。如果沒有關節或裝置或系統的自由度被控制或致動，則關節或裝置或系統被稱為被動的。除非另有說明，否則關節通常是被動的。在本技術中，術語“外骨骼”可用于指代本文檔中出現的任何裝置/結構/系統。
43.圖1圖示了隨后圖中呈現的任何系統的一般用戶(或佩戴者)。出于本說明書的示例目的，用戶右髖關節的旋轉中心平均被認為位于點1。軸線2、3和4的運動稱為屈曲/伸展、
外展/內收和內/外旋轉，并且旨在涵蓋髖關節的3自由度旋轉能力。此外，軸線2、3和4在平均髖關節旋轉中心1處相交。清楚起見，軸線2是水平的，并且從右到左對齊穿過身體。軸線3是水平的，但從前到后對齊通過身體。軸線4是豎直的。此外，用戶的身體被認為包括多個部分，諸如軀干5、大腿6、小腿7和腳8。左腿和左髖關節旋轉中心被認為與右腿對稱。出于本技術的目的，用戶的“中立位置”通常是類似于圖1所示的姿勢。某些裝置可能被呈現為僅佩戴在用戶的右側或左側，然而，本領域技術人員可以理解類似(并且可能是鏡像或相反)結構的系統可以應用于相反側。
44.圖2圖示了允許圍繞旋轉中心21的三個自由度運動的運動引導裝置1000，旋轉中心21可以與用戶髖關節的旋轉中心1(圖1)(大致)對齊。裝置1000包括附接到聯接件10的基座9?；?具有多個接口位置，并且因此，基座9和聯接件10的附接點可以通過斷開聯接件10的附接并在沿一個軸線的不同位置點處將其固定到基座9上來調節。聯接件10通過第一旋轉關節11附接到聯接件12。聯接件12又通過第二旋轉關節13附接到聯接件14。然后聯接件14通過第三旋轉關節15附接到聯接件16。聯接件16剛性地附接到執行器板18，使得附接的位置可以通過調節機構來調節，該調節機構可以類似于允許在基座9和聯接件10之間進行調節的機構。例如，調節機構可以是圖3中所示的軌道機構25或任何其他合適的調節機構?；Y構9通過矯形結構20連接到用戶的軀干。執行器板18通過矯形結構19和可調節的聯接件17連接到用戶的大腿。旋轉關節11、13和15各自分別提供一個圍繞軸線22、23和24旋轉運動的自由度，并且每個軸線22、23和24都通過旋轉中心21，使得這些旋轉關節的軸線在該共同點21處相交。此外，聯接件12、14和16的整體幾何形狀可以是可調節的，使得旋轉中心21可以在三個維度上進行調節?？梢钥闯?，如該圖示中所示，旋轉關節11、13和15的位置以及聯接件12、14和16的幾何形狀允許用戶佩戴該裝置而不會干擾用戶的身體(對于某些姿勢/位置)。軸線22、23和24不限于相對于彼此的任何特定方向并且可以具有許多配置(例如，軸線可以是非正交的)。將聯接件12、14、10和16連接到它們各自的相鄰組件(不包括附接至用戶)的關節僅包括單自由度旋轉關節(關節11、13和15)，并且在運動引導裝置1000中不采用自身產生遠程旋轉中心的曲線關節。此外，當處于中立位置(圖1中描繪的位置)時，關節軸線22、23和24均沒有被限制為必須與圖1的生物運動軸線2、3和4(分別是髖關節屈曲/伸展、外展/內收、內/外旋轉的軸線)對齊，盡管這可能在一些實施方式中發生。裝置1000允許執行器板18圍繞旋轉中心21以三個自由度旋轉，以實現目標關節(即髖關節)可獲得的完整運動集或此類運動的子集。另外，裝置1000可以將執行器板18限制為圍繞旋轉中心21旋轉并禁止其他形式的運動，例如相對于基座9的上/下或側向平移運動。盡管軸線22、23或24均未與目標關節軸線2、3或4對齊，但裝置1000可允許目標關節(例如髖關節)處的屈曲/伸展、外展/內收和內/外旋轉,并且裝置1000的各種旋轉關節和聯接件的位置和幾何形狀允許佩戴它而不會對用戶的身體造成干擾。通過將旋轉關節11、13和15放置在與生物軸線2、3和4(見圖1)不重合的位置并且不將這些關節限制為相互正交，可以防止機械干擾。
45.圖3示出了運動引導裝置1000的另一視圖，顯示了在圖2的視圖中隱藏的調節機構25。
46.圖4示出了運動引導裝置5000，它是系統1000的一個實施方式，其中旋轉關節28、30和32的位置以及聯接件29、31和33的幾何形狀不同于圖2所示的裝置1000的描繪的各個關節和聯接件的位置和幾何形狀。在圖4所示的中立位置，旋轉關節30的旋轉軸線40與髖關
節的外展/內收運動的軸線3(見圖1)重合，并且旋轉關節32的旋轉軸線41與彎曲/伸展運動的軸線2(見圖1)一致(盡管并非所有姿勢都如此)。旋轉關節28的旋轉軸線39與髖關節的標準生物運動的軸線2、3或4(見圖1)中的任何一個都不重合，并且不與軸線30正交。另外，軸線39不垂直于身體的橫向平面。軸線40和41正交。裝置5000允許(并限制)執行器板35圍繞旋轉中心38以三個自由度旋轉以用于特定運動集而不干擾用戶的身體。裝置5000提供的允許運動以及裝置5000的其他特性(諸如所需的機械組件空間)與圖2的裝置1000相比是不同的，并且可能更適合于一些應用，諸如，例如，當需要大運動范圍來進行具有對齊關節的運動之一(例如屈曲/伸展)時。裝置5000可以允許目標關節(例如，髖關節)的內/外旋轉，盡管關節28、30和32均不與內/外旋轉運動的軸線4(見圖1)對齊。此外，將該關節28與軸線4成一角度放置允許穿戴(通過矯形系統36和37)裝置而不會干擾用戶的身體。
47.圖5示出了顯示運動引導裝置1000及其各種實施方式(諸如運動引導裝置5000)的總體結構的簡化示意圖。聯接件42(分別類似于裝置1000、5000的聯接件10和27)連接基座(圖中未示出)和旋轉關節43(分別類似于裝置1000、5000的旋轉關節11和28)。旋轉關節43通過聯接件44連接到旋轉關節45。旋轉關節45類似于裝置1000、5000的旋轉關節13和30，而聯接件44分別類似于裝置1000、5000的聯接件12和29。旋轉關節45然后通過聯接件46(分別類似于裝置1000、5000的聯接件14和31)連接到旋轉關節47(類似于裝置1000、5000的旋轉關節15和32)。旋轉關節47然后連接到執行器聯接件48。執行器聯接件48然后通過接口49連接到用戶的大腿6。雖然被稱為執行器聯接件，但執行器聯接件48也可以包括執行器板(它可以作為接口49的附接點)，為清楚起見其已省略(因為它剛性連接到執行器聯接件)。通常，在整個文件中，對連接到執行器聯接件48的組件的描述還可以包括所述組件連接在這種執行器板上的可能性。為簡單起見，在本文檔中，執行器聯接件48可以稱為聯接件。裝置1000的聯接件16和執行器板18一起類似于執行器聯接件48，裝置5000的聯接件33和35也是如此。裝置1000的可調節聯接件17和矯形系統19一起類似于連接49，裝置5000的可調節聯接件34和矯形系統36也是如此。
48.旋轉關節43、45和47分別具有旋轉軸線50、51和52，它們在與用戶的平均髖關節中心1(見圖1)大致對齊的點53處相交。因此，執行器聯接件48可以圍繞點53以3自由度旋轉。一般而言，各種聯接件可以具有不同的幾何形狀，前提是：旋轉關節43、45和47的每個關節軸線50、51和52在點53(與用戶平均髖關節中心1大致對齊)處相交；在目標工作空間內，軸線50、51或52中的任何一個均不會與其他的彼此重合；軸線50、51和52在任何點都不與目標工作空間內的單個平面重合；并且該運動引導裝置可避免干擾目標身體，且在機械上可行。圖5中所示的各種聯接件和關節的尺寸僅用于說明目的，并不意味著展示除所述那些之外的任何特定幾何關系。
49.三個連續旋轉關節(43、45和47)的位置和對齊不限于彼此正交，也不與預先定義的運動軸線(諸如圖1的運動軸線2、3和4)重合，并且所涉及的聯接件44、46和48的幾何形狀不受限制。因此，本領域技術人員可以理解，運動引導裝置1000、5000可以具有適合于允許執行器板圍繞遠程旋轉中心(其可以與目標關節的旋轉中心對齊)同時避免對于特定運動集對用戶的機械干擾的任何幾何形狀，并且所有這樣的結構都在本發明的范圍內。上述旋轉關節的軸線不需要保持正交或與任何標準生物軸線重合(例如，關節軸線可以相對于前一個關節軸線形成銳角或鈍角)，這允許配置不對用戶的身體造成干擾。一般來說，三個旋
轉關節中的至少一個可以保持對齊(在中立位置)，其與目標關節的軸線2、3和4中的任何一個(見圖1)不重合，以防止干擾用戶。例如，在裝置5000的替代實施方式中，旋轉關節30、b8的旋轉軸線40和41可能不完全正交和/或可能通過縮短和/或改變聯接件27、29、31和33而與目標關節的軸線3和2不一致。由于運動引導裝置1000、5000僅采用單自由度旋轉關節(而不是曲線關節或遠程定心結構)，因此與使用其他關節類型的替代品相比，這種運動引導裝置在尺寸、重量、穩固性或其他方面具有優勢。此外，由于運動引導裝置1000、5000約束末端執行器48以可以與目標關節(例如髖關節中心)緊密對齊的球形運動移動，因此與不產生單個旋轉中心的結構相比，這種運動引導系統可以潛在地展示關于運動范圍和/或在可穿戴應用中的可用性(和/或其他方面)的某些優勢。在一個實施方式中，運動引導裝置1000、5000和/或此類裝置的任何可能的替代實施方式可以在外骨骼裝置內采用，該外骨骼裝置在多個目標關節處引導或輔助用戶(佩戴運動引導裝置)的運動。在另一個實施方式中，裝置1000、5000可以包括在可穿戴運動捕捉裝置中，其中可以將若干傳感器添加到關節以測量各種聯接件和附接的主體(以及，通過擴展，用戶的目標關節)的方向。在其他實施方式中，運動引導裝置1000、5000可以用作任何主動、被動或半主動可穿戴裝置的一部分。在上述任何裝置的旋轉中心與用戶目標關節的平均旋轉中心1不一致的情況下，可以使用戶和矯形器之間的連接有順應性，以解決這種錯位。
50.可以通過在關節中包括致動器或通過添加連接到任何聯接件或關節的平行分支來使本發明的運動引導裝置完全或部分地主動，從而可以串聯或并聯致動運動引導裝置。在運動引導裝置1000或5000的一些實施方式中，一些旋轉關節可以用致動的旋轉關節(或具有傳感元件的旋轉關節)代替，和/或任何聯接件可以連接到附加的聯接件系統，以達到提供致動或傳感的目的。
51.圖6示出了用于引導目標關節(諸如用戶髖關節)的運動的運動引導裝置7000，其采用運動引導裝置1000的實施方式，其中裝置1000的旋轉關節11、13、15已經被旋轉致動器56、58和60代替。每個致動器的旋轉軸線與它所代替的相應旋轉關節的旋轉軸線對齊，并且聯接件已相應修改以適應致動器，形成主動串聯髖關節外骨骼運動裝置7000?；Y構54通過聯接件55連接到致動器56。然后致動器56通過聯接件57連接到致動器58。然后致動器58通過聯接件59連接到致動器60。然后致動器60通過聯接件61連接到執行器板63?；?5和執行器板63二者通過一組矯形件71和64附接到用戶的身體，其中后者通過可調節的聯接件連接到執行器板63。裝置7000保持與裝置1000的旋轉中心21相似的旋轉中心，并且與用戶髖關節的旋轉中心1(大致)對齊。
52.裝置7000還包括控制系統65，其可以包含輸入單元、處理單元和輸出單元?？刂破?5的輸出單元可以包括致動器的驅動器。致動器56、58和60中的每一個都與控制系統65的輸出單元通信?？刂破?5可以機載地放置在裝置7000上或可以非機載地放置在分離的結構上。此外，致動器56、58和60中的每一個可以具有與控制系統65通信多個傳感器，以獲得致動器的反饋。致動器56、58和60中的每一個的輸入/輸出連接分別分組為通用連接66、67和68?？刂葡到y65可以進一步通過連接70連接到用戶界面系統69。用戶(佩戴者)可以使用用戶界面系統69輸入命令，并且控制系統65基于這樣的輸入命令指導致動器56、58和60執行特定的運動(具有由傳感器的數量產生的反饋)。裝置7000允許用戶目標關節的三個自由度定位并且是載荷的，因為在系統的一個點施加的某些力可以傳遞到系統上的另外的點，而
不必通過用戶的身體傳遞。
53.基座54和聯接件55之間的連接可以是可調節的，使得連接點可以使用軌道機構72或任何其他類型的調節機構相對于基座54以最多三個自由度移動。聯接件55、57、59和61可以通過類似的軌道機構或任何其他調節機構具有可調節的幾何形狀。這些調節機構可以允許相對于基座54在最高達三個維度上調節旋轉中心。用戶界面系統69可以包括觸摸屏裝置、操縱桿和/或按鈕，用戶可以通過其來命令裝置。另外(或替代地)，用戶界面可以包括用于用戶意圖檢測的任何其他傳感器，例如慣性測量單元、emg(肌電圖)傳感器、eeg(腦電圖)傳感器和/或負載傳感器。例如，在一個實施方式中，eeg傳感器可用于監測用戶的大腦活動并基于這些信號觸發運動。在另一個實施方式中，可以使用imu(慣性測量單元)來測量軀干的傾斜度以預測用戶意圖并觸發步態動作。此外，imu傳感器、旋轉編碼器、應變儀或任何其他類型的傳感器也可以集成到裝置中，以便于裝置控制。此外，該裝置可以包含剛性附接到基座54的“背包”單元，其中可以放置各種系統組件，諸如控制器65或任何附加組件(例如，電池)。致動器56、58和60可以是電動的、液壓的、氣動的或任何其他類型的。雖然裝置7000提供運動引導功能，但是本領域技術人員將理解裝置7000也可以提供運動輔助功能。在裝置7000被用作具有一些程度的肌肉控制的個體的增強裝置的情況下，該裝置可以替代地是半主動的并且對應于不需要輔助的任何自由度的致動器56、58或60中的一個或兩個可以被移除并用被動關節代替。任選地，對于半主動情況，然后可以將傳感器組添加到被動關節以監測該關節的運動。本領域技術人員將理解，裝置7000的替代實施方式可以應用于其他生物(目標)關節，只要這些實施方式的基本配置允許裝置提供圍繞可以與目標關節的旋轉中心(大約)對齊的旋轉中心的三個旋轉自由度，并且不會關于該關節(用于目標運動)對用戶的身體造成機械干擾，并且所有這樣的實施方式和使用也在本技術的范圍內。
54.圖7示出了用于使用運動引導裝置1000的實施方式來引導用戶的目標關節的運動的另一裝置9000(被描繪為運動引導裝置5000)。裝置9000包括旋轉致動器75和79、旋轉關節77和基座73?；?3可以包括軌道101并連接到安裝部74?；?3和安裝部74之間的連接點可以調節,使得它可能位于沿軌道的多個點中的任何一個。安裝部74連接到致動器75的一側，致動器75連接到聯接件76，聯接件76然后通過關節77連接到聯接件78。聯接件78然后通過致動器79連接到聯接件80。聯接件80然后剛性附接到執行器板81上，使得可以調節附接點。致動器75和79的旋轉軸線以及關節77的軸線在旋轉中心90處相交，旋轉中心90可以與用戶目標關節的點1(大約)對齊?；Y構73通過矯形系統86連接到用戶的軀干，并且執行器板81通過矯形系統83和可調聯接件82連接到用戶的大腿。裝置9000進一步通過并聯分支間接致動，該并聯分支包括連接到安裝部84的致動器85(安裝部84通過安裝部74連接到基座73)。致動器85然后連接到聯接件87，聯接件87又通過球形關節88連接到聯接件89。聯接件89然后通過球形關節91連接到運動引導裝置的聯接件78。因此，用于間接致動裝置9000的并聯分支包括致動器85、球形關節88和91、聯接件87和89以及安裝部84。
55.裝置9000還包括控制系統95，其包含輸入單元、處理單元和輸出單元?？刂破?5的輸出單元可以包括致動器驅動器。致動器75和79以及致動器85中的每一個都與控制系統95的輸出單元通信?？刂葡到y95可以機載放置在裝置9000上或非機載放置在分離的結構上。此外，致動器75、85和79可以各自具有傳感器組，該傳感器組連接到控制系統95以獲得致動器反饋。致動器75和79分別通過連接96和98連接到控制器95的輸入/輸出單元，而致動器85
使用連接97與控制器95通信?？刂葡到y95還可以通過連接100連接到用戶界面系統99。用戶(佩戴者)可以使用用戶界面系統99輸入命令，并且控制系統95基于這樣的輸入命令指導致動器75、79和致動器85執行特定的運動(具有由傳感器的數量產生的反饋)。裝置9000允許用戶目標關節(例如髖關節)的三自由度定位。致動器75、77和致動器85的動作在目標關節1處產生相應的動作。裝置9000可以是載荷的，因為在系統的一個點施加的某些力可以傳遞到系統上的另一點，而不必通過用戶的身體傳遞。致動器75和致動器85(通過連接聯接件89)的動作有助于被動旋轉關節77的動作并且可以說是并聯地致動這種被動關節，從而在某些實施方式中允許扭矩共享的可能性。因此，致動器85、安裝部84、聯接件87、聯接件89和球形關節91是在所述運動引導裝置的主動和被動組件之間連接到運動引導裝置1000、5000的平行致動分支的一部分，以有助于被動元件的動作(例如被動旋轉關節77)。致動器75和79的旋轉軸線92和95分別以及關節77的旋轉軸線93穿過與目標關節的旋轉中心(大致)對齊的旋轉中心90。
56.圖8示出了裝置9000的一個實施方式，該裝置9000還包括“背包”單元102，其可以剛性地連接到基座73。背包102被定位為使得它不會干擾裝置9000的各種組件并且可以包含裝置9000的組件，諸如控制器95、用戶界面99的元件以及任何其他附加系統，諸如電池。裝置9000還可以包括蓋103、104和105以分別覆蓋致動器85、75和79，以防止環境對系統組件的干擾。
57.圖9示出了裝置9000的示意圖，以更清楚地說明裝置的結構。聯接件74和84都附接到基座73，為清楚起見后者未示出。圖8中的聯接件80和81用連接件106表示，而連接件107表示可調節聯接件82和矯形系統83。連接件107附接到小腿6。如此處所示，致動器75、79和關節77的軸線92、94和93相交于與人平均髖關節(目標關節)中心1大致對齊的點。
58.本領域技術人員將理解，球形關節88或91之一可以用有助于三個旋轉運動自由度同時保持機構的功能的任何其他系統代替，并且這樣的實施方式在本技術的范圍內。球形關節88或91之一可以用適當定向的萬向關節代替，同時保持機構的功能。本領域技術人員可以理解，聯接件(包括聯接件84、87、89和78)的具體幾何形狀可以根據要目標運動(以及所需的致動器響應)而改變，并且任何這樣的替代幾何形狀也在本技術的范圍內。通過聯接件84附接到基座73的致動器85的位置和方向可以改變，從而導致聯接件84的相應變化。在裝置9000的圖示實施方式中，致動器75和致動器85主要致動用戶臀部的內/外旋轉和外展/內收運動，而致動器79主要致動屈曲運動。然而，本領域技術人員還可以看到，通過重新定位系統內的各種關節/致動器/聯接件/組件，可以使各種致動器的動作或多或少地參與(相對于圖9所示的實施方式)在任何生物髖關節運動中。其中在致動器85可以重新定位以使其旋轉軸線與旋轉中心90相交的某些配置中，將球形關節88和91替換為各自具有與中心90相交的旋轉軸線的旋轉關節可能是可行的。在各種實施方式中，該原理可以應用于相關的其他類似機制。
59.在裝置9000被用作具有一些程度的肌肉控制的個體的增強裝置的情況下，該裝置可以替代地是半主動的并且對應于不需要輔助的任何自由度的致動器75、79或致動器85中的一個或兩個可以被移除并用被動關節代替。任選地，對于半主動情況，然后可以將傳感器組添加到該被動關節以監測該關節的運動。該裝置可以由機載電池或任何其他電源供電。此外，本領域的技術人員將理解，提供在旋轉中心1處大致重合的三個旋轉自由度并且在目
標運動期間不會對用戶造成機械干擾的任何先前描述的結構都可以用作裝置9000的底層配置。本領域技術人員將理解，裝置9000的替代實施方式可以應用于其他生物三自由度旋轉關節關節，只要這些實施方式的基本配置允許裝置提供圍繞可以與目標關節的旋轉中心(大約)對齊的旋轉中心的三個旋轉自由度，并且不會關于該關節(用于目標運動)對用戶的身體造成機械干擾，并且所有這樣的實施方式和使用也在本技術的范圍內。
60.圖10示出了用于引導用戶的目標關節的運動的裝置11000，該裝置采用之前在此描述的運動引導裝置1000的實施方式。本領域技術人員將理解，本文先前描述的運動引導裝置的任何實施方式或其任何組合都可以包括在裝置11000中,而不不脫離本發明的范圍。運動引導裝置包括基座108、旋轉關節129、聯接件130，聯接件130通過旋轉關節131連接到聯接件132，聯接件132然后通過旋轉關節133連接到聯接件134。聯接件134然后連接到執行器板135，連接方式使得兩個組件之間的連接點是可調節。旋轉關節129、131和133的旋轉軸線在旋轉中心相交，該旋轉中心與用戶的目標關節(例如圖1的髖關節1)的旋轉中心大致對齊。裝置11000可以進一步包括運動發生器和運動傳遞系統，其類似于通過援引并入本文的共同未決申請pct/ca2019/050640(公開號wo2019/218056)中描述的運動發生器和運動傳遞系統。運動發生器和運動傳遞系統是用于致動運動引導裝置的平行分支的一部分。運動發生器包括三個致動器110、111和141，它們通過殼體109連接到基座108。致動器141具有與軸線140重合的旋轉軸線并且連接到旋轉軸線。致動器110和111通過帶系統連接到包含在殼體109內并且還具有與軸線140重合的旋轉軸線的旋轉軸。因此，致動器110、111和141中的每一個通過直接連接或通過帶機構驅動三個同軸軸之一，每個軸具有與軸線140重合的旋轉軸線。連接到致動器110、111和141的軸的輸出分別連接到聯接件112、113和114。聯接件112、113和114分別通過旋轉關節115、116和139連接到聯接件117、118和119。聯接件117、118和119分別通過旋轉關節120、121和122連接到執行器123。請注意，組件120和139在該圖示中被遮蔽并且在圖11中被顯示。因此，組件110、111、141、112、139、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123和包含在殼體109的組件(即，帶機構和旋轉軸)構成裝置11000的運動發生器。運動傳遞系統包括盒125，該盒通過聯接件124連接到運動發生器的執行器123。請注意，盒125可以包括在聯接件124內。軌道126與盒125連接，使得軌道126可以相對于盒125以一定程度的平移運動移動，從而形成線性運動關節。軌道126通過聯接件組127連接到萬向關節21。萬向關節128由兩個1自由度旋轉關節組成，每個旋轉關節具有相互垂直的旋轉軸線。萬向關節128然后連接到上文所述的運動引導裝置1000的執行器板135。外殼109通過旋轉關節129連接到聯接件130?；?08通過矯形系統136連接到用戶的軀干，并且執行器板135通過矯形系統138和可調聯接件137連接到用戶的大腿。因此，組件124、125、126、127、128構成運動傳遞系統，組件129、130、131、132、133、134、135構成運動引導裝置或載荷系統，并且組件137、138構成目標身體接口系統。與共同未決申請pct/ca2019/050640(公開號wo2019/218056)中公開的載荷系統相比，本發明的運動引導裝置1000、5000可以用作載荷系統而不需要使用的曲線關節。裝置11000的該實施方式中的運動發生器包括同軸球形操縱器，其中裝置的同軸特性可以提供關于某些特性(例如裝置的運動范圍)的某些優點。運動發生器的致動器110、111和141中的每一個分別通過連接144、145和146與控制系統142的輸出單元通信。此外，致動器各自具有傳感器組，該傳感器組連接到控制系統142以獲得致動器反饋?？刂葡到y142通過連接147連接到用戶界面系統143，從而基于用戶
通過用戶界面系統143給出的命令，控制系統142指導致動器110、111和141執行特定動作，由適當的傳感器組產生反饋。裝置11000允許用戶目標關節的三個自由度定位并且是載荷的，因為在裝置的一個點施加的某些力可以傳遞到裝置上的另一點，而不必通過用戶的身體傳遞。
61.圖11示出了裝置11000的另一個視圖。本領域技術人員將理解，聯接件124可以連接到軌道126，軌道126通過接口與盒125連接，盒125又連接到聯接件127，以代替將聯接件124連接到盒125，盒125通過接口與軌道126連接，軌道126連接到聯接件127。也就是說，軌道126和盒125的順序可以互換，同時保持盒125和軌道126作為線性關節的功能?？梢允褂弥聞尤齻€同軸軸的任何其他方法來代替正時帶系統(例如使用直接連接到每個軸空心軸致動器，而不使用正時帶)并且所有這些實施方式都在本技術的范圍內。在裝置11000被用作具有一些程度的肌肉控制的個體的增強系統的情況下，該系統可以替代地是半主動的并且對應于不需要輔助的任何自由度的致動器110、111或141中的一個或兩個可以被移除并用被動關節代替。任選地，對于半主動情況，然后可以將傳感器組添加到該被動關節以監測該關節的運動。
62.圖12至22示意性地示出了本發明的運動引導裝置的各種方案/機構。圖12示出了運動引導裝置6000，其具有類似于之前描述的裝置1000、5000的運動引導裝置的總體方案，其包括三個旋轉關節43、45、47和聯接件42、44、46、48和149的系統。裝置6000還包括平行分支致動器系統149，諸如例如圖10的裝置11000的運動發生器和運動傳遞系統，其一側在接口148處連接到運動引導裝置6000的基座結構并且在另一側在接口150處連接到運動引導裝置1000、5000的聯接件46。系統149代表具有多于一個自由度的任何聯接件、關節和/或組件系統。此外，根據目標關節1處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。圖12中所示的點148和150的位置、系統149的幾何形狀以及各種聯接件和關節的尺寸僅用于說明目的，并不意味著展示除所述那些之外的任何特定幾何關系。
63.本領域的技術人員將理解，關于圖9的裝置9000，系統149包括聯接件84，該聯接件84在接口148處連接到基座結構73(類似于42)。該聯接件之后是(主動)旋轉關節(作為致動器85)，其隨后連接到聯接件87、球形關節88、聯接件89和球形關節91。然后球形關節91通過接口150連接到聯接件78(類似于46)。在這種情況下，149包括7自由度系統,其具有一個主動元件，在關節43和47處具有額外的主動元件，用于3自由度致動。在另一個實施方式中，系統149可以具有與剛剛呈現的相同的組件排序，然而，任何提到的關節/聯接件/組件的幾何形狀和連接位置可以改變并且是多種(與第一實施方式相比可能不同)所涉及的關節可以根據所需的致動水平致動。
64.在另一個實施方式中，系統149可以包括聯接件(在148處連接到基座)，接著是球形關節，接著是線性關節，接著是萬向關節，然后在150處連接到46。在這種情況下，系統149是6自由度系統，其中致動程度可歸因于各種關節(例如，關節43和47以及149的線性關節，使其成為線性致動器)。
65.在另一個實施方式中，系統149可以包括聯接件(在148處連接到基座)，接著是2自由度球形運動系統，接著是聯接件，接著是萬向關節，接著是聯接件，接著是萬向關節，然后在150處連接到聯接件46。在這種情況下，系統149具有至少6個自由度。根據所需的致動水平，可以將致動施加到各種涉及的關節(例如，可以將兩個致動度施加到2自由度球形運動
發生器，并且可以將一個致動度施加到關節47)。
66.圖13示意性地示出了運動引導裝置2000,其類似于圖12的運動引導裝置6000，但包括兩個平行的分支致動器系統152和155。第一系統152在一側在接口153處連接到聯接件46并且在另一側在接口151處連接到基座結構。第二系統155在一側在接口156處連接到聯接件46并且在另一側在接口154處連接到基座結構。系統152和155代表具有多于一個自由度(每個)的聯接件、關節或部件的任何系統。系統152和155不一定具有相同的結構。此外，根據目標關節1處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。該圖中示出的點151、153、154和156的位置，系統152和155的形式，以及各種聯接件和關節尺寸僅用于說明目的，并不意味著展示除所指出的之外的任何特定幾何關系。
67.在一個實施方式中，系統152可以包括聯接件(在一側在151處連接到基座)，接著是球形關節，接著是線性關節，接著是萬向關節，然后其在153處連接到46。系統155可以包括聯接件(在一側在154處連接到基座)，接著是球形關節，接著是線性關節，接著是萬向關節，接著其在156處連接到46。在這樣的實施方式中，系統152和155二者包含6個自由度。根據所需的致動水平，致動可以施加到各種關節(例如，致動可以施加到152和155系統的線性關節，使它們成為線性致動器，以及旋轉關節43)。
68.在一個實施方式中，系統152可以包括聯接件(在一側在151處連接到基座)，然后是旋轉關節，然后是聯接件，然后是球形關節，然后是聯接件，然后是球形關節，其在153處連接到聯接件46。系統155可以包括聯接件(在一側在154處連接到基座)，然后是旋轉關節，然后是聯接件，然后是球形關節，然后是聯接件，隨后是球形關節，其在156處連接到聯接件46。根據所需的致動水平，致動可以施加到各種關節(例如，致動可以施加到152和155系統的旋轉關節，以及旋轉關節43)。
69.本領域的技術人員將理解，除了所提出的那些之外，裝置2000還有許多可能的實施方式(以潛在不同的順序和潛在不同的幾何形狀采用可能不同的聯接件、關節、系統或任何其他組件，或通過此處介紹的關節系統的可能不同組合)并且所有這樣的實施方式也在本技術的范圍內。給出的任何示例并不意味著限制本公開的范圍。
70.圖14示意性地示出了運動引導裝置3000，其類似于裝置2000,具有兩個平行分支致動器系統158和161。第一系統158在一側在接口159處連接到聯接件46并且在另一側在接口157處連接到基座結構。第二系統161在一側在接口162處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口160處連接到基座結構。系統158和161代表具有多于一個自由度(每個)的聯接件、關節或部件的任何系統。系統158和161不一定具有相同的結構。此外，根據目標關節1處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。該圖中示出的點157、159、160和162的位置，系統158和161的形式，以及各種聯接件和關節尺寸僅用于說明目的，并不意味著展示除所指出的之外的任何特定幾何關系。在一個實施方式中，系統161的接口162可以定位在與執行器板相連的執行器聯接件48上或在執行器板本身上。
71.在一個實施方式中，系統158可以由以下組成：聯接件(在一側在157處的連接到基座結構)，接著是球形關節，接著是線性關節，然后是萬向關節，其在159處連接到聯接件46。系統161可以由以下組成：聯接件(在一側在160處連接到基座結構)，然后是旋轉關節，然后是聯接件，然后是球形關節，然后是聯接件，然后是另一個球形關節，其在162處連接到執行器聯接件48。替代地，系統158可以由以下組成：聯接件(在一側在157處連接到基座結構)，
然后是旋轉關節，然后是聯接件，然后是球形關節，接著是聯接件，接著是球形關節，其在159處連接到聯接件46。替代地，系統161可以由以下組成：聯接件(在一側在160處連接到基座結構)，然后是旋轉關節，然后是聯接件。該最后一個聯接件連接到兩個球形關節。這兩個球形關節中的每一個都連接到單獨的聯接件，并且這些聯接件中的每一個都連接到另一個(單獨的)球形關節。這兩個球形關節都通過單個聯接件附接(分支重新連接)到線性運動關節的一側。該線性運動關節的另一側在162處連接到執行器聯接件48。致動可以應用于各種關節以實現期望的致動水平。例如，關節43可以與系統158的系統第一形式的線性運動關節和系統161的第一形式的旋轉關節一起是主動的。例如，在158的替代形式中，旋轉關節可以是主動的，并且在161的替代形式中，旋轉關節可能是主動的。這些提到的系統158和161中的每一個都可以相對于另一個具有優點/缺點。例如，系統161的替代形式由于其四邊形結構而在某些情況下可以顯示出優異的扭矩傳遞能力。
72.本領域的技術人員將理解，除了所提出的那些之外，運動引導裝置3000還有許多可能的實施方式(以可能不同的順序和可能不同的幾何形狀采用可能不同的聯接件、關節、系統或任何其他組件，或通過此處介紹的關節系統的可能不同組合)并且所有這樣的實施方式也在本技術的范圍內。給出的任何示例并不意味著限制本公開的范圍。
73.圖15示意性地示出了運動引導裝置4000，其類似于裝置2000、3000,具有兩個平行分支致動器系統164和167。第一系統164在一側的接口165處連接到執行器聯接件48(而不是聯接件46)，并且在另一側的在接口163處連接到基座結構。第二系統167也在一側在接口168處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口166處連接到基座結構。在一個實施方式中，系統164和167的接口165和168中的任一個(或兩者)可以分別定位在連接到執行器板的執行器聯接件48上或執行器板本身上。系統164和167代表具有多于一個自由度(每個)的聯接件、關節或部件的任何系統。系統164和167不一定具有相同的結構。此外，根據目標關節處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。該圖中示出的點163、165、166和168的位置，系統164和167的形式，以及各種聯接件和關節尺寸僅用于說明目的，并不意味著展示除所指出的之外的任何特定幾何關系。
74.在一個實施方式中，系統164可以由以下組成：聯接件(在一側在163處的連接到基座結構)，接著是球形關節，接著是線性關節，然后是萬向關節，其在165處連接到執行器聯接件48。系統167可以由以下組成：聯接件(在一側在166處的連接到基座結構)，接著是球形關節，接著是線性關節，然后是萬向關節，其在168處連接到執行器聯接件48?？筛鶕谕闹聞铀綄⒅聞邮┘拥礁鞣N關節(例如，致動可施加到164的線性運動關節、167的線性運動關節和關節43)。
75.在一個實施方式中,系統164可以由以下組成：聯接件(在一側在163處連接到基座結構)，然后是旋轉關節，然后是聯接件，然后是球形關節，然后是聯接件，然后是球形關節，其在165處連接到執行器聯接件48。系統167可以由以下組成：聯接件(在一側在166處連接到基座結構)，然后是旋轉關節，然后是聯接件，然后是球形關節，然后是聯接件，然后是球形關節，其在168處連接到執行器聯接件48。致動可以施加到各種關節(例如，致動可以施加到164的旋轉關節、167的旋轉關節和關節43)。本領域技術人員將理解，如果將164和167的旋轉關節定位成使得它們的旋轉軸線與髖部中心相交，則164和167的球形關節可被也具有與臀部中心相交的旋轉軸線的旋轉關節代替。
76.圖16示意性地示出了運動引導裝置6100，其類似于裝置6000，具有一個平行的分支致動器系統170，分支致動器系統170在一側在接口171處連接到執行器聯接件48(而不是聯接件46)并且在另一側在界面169處連接到基座結構。在一個實施方式中，系統170的接口171可以定位在與執行器板相連的執行器聯接件48上或在執行器板本身上。系統170代表具有多于一個自由度的任何聯接件、關節或組件系統。此外，根據目標關節處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。圖中所示的系統170的點169和171的位置、以及各種聯接件和關節的尺寸僅用于說明目的，并不意味著展示除所述那些之外的任何特定幾何關系。
77.在一個實施方式中,系統170可以由以下組成：聯接件(在一側在169處連接到基座結構)，然后是旋轉關節，然后是聯接件，然后是球形關節，然后是聯接件，然后是球形關節，其在171處連接到執行器聯接件48。致動可以施加到各種關節(例如，致動可以施加到170的旋轉關節、47的旋轉關節和關節43)。本領域技術人員將理解，如果將170的旋轉關節定位成使得它的旋轉軸線與髖部中心相交，則170的球形關節可被也具有與臀部中心相交的旋轉軸線的旋轉關節代替。
78.本領域技術人員可以理解，裝置6100與圖10的裝置11000相似，其中系統170可以由組件110-128、139組成。組件108、109、129-137類似于裝置6100的組件42-48。在這種情況下，關節112、113和114(參見圖10)是主動的(由致動器109、110和141致動)。在另一個實施方式中，系統170可以具有與剛剛呈現的相同的組件排序。然而，任何提到的關節/聯接件/組件的幾何形狀和連接位置可以改變并且是多種(與第一實施方式相比可能不同)所涉及的關節可以根據所需的致動水平致動。
79.本領域的技術人員將理解，除了所提出的那些之外，裝置6100還有許多可能的實施方式(以可能不同的順序和可能不同的幾何形狀采用可能不同的聯接件、關節、系統或任何其他組件，或通過此處介紹的關節系統的可能不同組合)并且所有這樣的實施方式也在本技術的范圍內。給出的任何示例并不意味著限制本公開的范圍。
80.圖17示意性地示出了具有一個平行分支致動器系統173的運動引導裝置8000的另一實施方式。系統173在一側在接口174處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口172處連接到聯接件44(而不是基座結構)。在一個實施方式中，系統173的接口174可以定位在與執行器板相連的執行器聯接件48上或在執行器板本身上。系統173代表具有至少一個自由度的任何聯接件、關節或組件系統。此外，根據目標關節處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。本文所示的點172和174的位置、系統173的形式以及各種聯接件和關節的尺寸僅用于說明目的，并不意味著展示除所述那些之外的任何特定幾何關系。
81.在一個實施方式中，系統173可以包括聯接件(在一側在172處連接到聯接件44)，接著是2自由度球形操縱器，接著是聯接件，接著是萬向關節，接著是聯接件，接著是在174處連接到執行器聯接件48的萬向關節。致動可以施加到各種關節(例如，致動可以施加到2自由度球形操縱器的兩個度，并且可以施加到關節43)。
82.本領域的技術人員將理解，除了所提出的那些之外，裝置8000還有許多可能的實施方式(以潛在不同的順序和潛在不同的幾何形狀采用可能不同的聯接件、關節、系統或任何其他組件，或通過此處介紹的關節系統的可能不同組合)并且所有這樣的實施方式也在本技術的范圍內。給出的任何示例并不意味著限制本公開的范圍。
83.圖18示意性地示出了類似于圖17的裝置8000的運動引導裝置8100，但采用兩個(而不是一個)平行的分支致動器系統176和179。第一系統176在一側在接口177處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口175處連接到聯接件44。第二系統179在一側在接口180處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口178處連接到聯接件44。在一個實施方式中，系統176和179的接口177和180中的任一個(或兩者)可以分別定位在連接到執行器板的執行器聯接件48上或執行器板本身上。系統176和179代表具有至少一個自由度(每個)的聯接件、關節或部件的任何系統。系統176和179不一定具有相同的結構。此外，根據目標關節處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。該圖中示出的點175、177、178和180的位置，系統176和179的形式，以及各種聯接件和關節尺寸僅用于說明目的，并不意味著展示除所指出的之外的任何特定幾何關系。
84.在一個實施方式中，系統176可以由以下組成：聯接件(在175處連接到聯接件44)，接著是球形關節，接著是線性關節，然后是萬向關節，其在177處連接到執行器聯接件48。系統179可以由以下組成：聯接件(在178處的連接到聯接件44)，接著是球形關節，接著是線性關節，然后是萬向關節，其在180處連接到執行器聯接件48?？筛鶕谕闹聞铀綄⒅聞邮┘拥礁鞣N關節(例如，致動可施加到176的線性運動關節、179的線性運動關節和關節43)。
85.在一個實施方式中,系統176可以由以下組成：聯接件(在175處連接到聯接件44)，然后是旋轉關節，然后是聯接件，然后是球形關節，然后是聯接件，然后是另一個球形關節，其在177處連接到執行器聯接件48。系統179可以由以下組成：聯接件(在178處連接到聯接件44)，然后是旋轉關節，然后是聯接件，然后是球形關節，然后是聯接件，然后是另一個球形關節，其在180處連接到執行器聯接件48?？筛鶕谕闹聞铀綄⒅聞邮┘拥礁鞣N關節(例如，致動可施加到176的旋轉關節、179的旋轉關節和關節43)。
86.本領域的技術人員將理解，除了所提出的那些之外，裝置8100還有許多可能的實施方式(以可能不同的順序和可能不同的幾何形狀采用可能不同的聯接件、關節、系統或任何其他組件，或通過此處介紹的關節系統的可能不同組合)并且所有這樣的實施方式也在本技術的范圍內。給出的任何示例并不意味著限制本公開的范圍。
87.圖19示意性地示出了運動引導裝置10000的另一個實施方式,具有三個平行分支致動器系統182、185和188。第一系統182在一側在接口183處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口181處連接到基座結構。第二系統185在一側在接口186處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口184處連接到基座結構。第三系統188在一側在接口189處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口187處連接到基座結構。在一個實施方式中，系統182、185或188的接口183、186或189中的任何一個(或全部)可以分別定位在連接到執行器板的執行器聯接件48上或在執行器板本身上。系統182、185和188代表具有多于一個自由度(每個)的聯接件、關節或部件的任何系統。系統182、185和188不一定具有相同的結構。此外，根據目標關節處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。該圖中所示的點181、183、184、186、187和189的位置，系統182、185和188的形式，以及各種聯接件和關節的尺寸僅用于說明目的，并不意味著演示除所述之外的任何特定幾何關系。
88.在一個實施方式中，系統182可以由以下組成：聯接件(在一側在181處的連接到基座結構)，接著是球形關節，接著是線性關節，然后是萬向關節，其在183處連接到執行器聯接件48。系統185可以由以下組成：聯接件(在一側在184處的連接到基座結構)，接著是球形
關節，接著是線性關節，然后是萬向關節，其在186處連接到執行器聯接件48。系統188可以由以下組成：聯接件(在一側在187處的連接到基座結構)，接著是球形關節，接著是線性關節，然后是萬向關節，其在189處連接到執行器聯接件48?？筛鶕谕闹聞铀綄⒅聞邮┘拥礁鞣N關節(例如，致動可施加到182的線性運動關節、185的線性運動關節和188的線性運動關節)。給出的任何示例并不意味著限制本公開的范圍。
89.圖20示意性地示出了類似于圖19的裝置10000的運動引導裝置10100，具有三個平行的分支致動器系統191、194和197。第一系統191在一側在接口192處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口190處連接到聯接件44(而不是基座結構)。第二系統194在一側在接口195處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口193處連接到基座結構。第三系統197在一側在接口198處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口196處連接到基座結構。在一個實施方式中，系統191、194或197的接口192、195或198中的任何一個(或全部)可以分別定位在連接到執行器板的執行器聯接件48上或在執行器板本身上。系統191、194和197代表具有多于一個自由度(每個)的聯接件、關節或部件的任何系統。系統191、194和197不一定具有相同的結構。此外，根據目標關節處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。該圖中所示的點190、192、193、195、196和198的位置，系統191、194和197的形式，以及各種聯接件和關節的尺寸僅用于說明目的，并不意味著演示除所述之外的任何特定幾何關系。給出的任何示例并不意味著限制本公開的范圍。
90.圖21示意性地示出了運動引導裝置12000的另一個實施方式,具有兩個平行分支致動器系統200和203。第一系統200在一側在接口201處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口199處連接到聯接件44。第二系統203在一側在接口204處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口202處連接到基座結構。在一個實施方式中，系統200和203的接口201和204中的任一個(或兩者)可以分別定位在連接到執行器板的執行器聯接件48上或執行器板本身上。系統200和203代表具有至少一個自由度(每個)的聯接件、關節或部件的任何系統。系統200和203不一定具有相同的結構。此外，根據目標關節處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。該圖中示出的點199、201、202和204的位置，系統200和203的形式，以及各種聯接件和關節尺寸僅用于說明目的，并不意味著展示除所指出的之外的任何特定幾何關系。
91.本領域的技術人員將理解，除了所提出的那些之外，裝置12000還有許多可能的實施方式(以可能不同的順序和可能不同的幾何形狀采用可能不同的聯接件、關節、系統或任何其他組件，或通過此處介紹的關節系統的可能不同組合)并且所有這樣的實施方式也在本技術的范圍內。給出的任何示例并不意味著限制本公開的范圍。
92.圖22示意性地示出了運動引導裝置13000的另一個實施方式,具有三個平行分支致動器系統206、209和212。第一系統206在一側在接口207處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口205處連接到聯接件44。第二系統209在一側在接口210處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口208處連接到聯接件44。第三系統212在一側在接口213處連接到執行器聯接件48并且在另一側在接口211處連接到基座結構。在一個實施方式中，系統206、209或212的接口207、210或213中的任何一個(或全部)可以分別定位在連接到執行器板的執行器聯接件48上或在執行器板本身上。系統206、209和212代表具有多于一個自由度(每個)的聯接件、關節或部件的任何系統。系統206、209和212不一定具有相同的結構。此外，根
據目標關節處所需的致動水平，任何涉及的關節都可以是主動的。該圖中所示的點205、207、208、210、211和213的位置，系統206、209和212的形式，以及各種聯接件和關節的尺寸僅用于說明目的，并不意味著演示除所述之外的任何特定幾何關系。給出的任何示例并不意味著限制本公開的范圍。
93.圖23示出了采用運動引導裝置1000的實施方式的運動引導裝置14000。運動引導裝置包括基座結構214,附接到基座214的矯形結構215，旋轉關節219、221和223，聯接件217、218 220、222和末端執行器板224。最后一個連接到接口聯接件225，接口聯接件225連接到可以固定到用戶大腿的矯形結構226。矯形器結構215可以固定在裝置用戶的軀干上?；Y構214還包括多個接口位置，使得聯接件216的附接位置在用戶身體的側向方向上是可調節的。聯接件對222和224、224和225以及225和矯形器結構226之間存在線性調節。每對之間的調節方向是相互正交的，從而允許矯形器結構226的空間附接位置(因此，用戶的大腿相對于聯接件222)的自由度。
94.聯接件216連接到聯接件217，聯接件217又通過旋轉關節219連接到聯接件218。按串聯順序，聯接件218通過旋轉關節221連接到聯接件220，然后聯接件220通過旋轉關節223連接到聯接件222。另外，另一側的聯接件216和217的組件通過旋轉關節228附接到聯接件227。聯接件227通過旋轉關節230連接到聯接件229，然后聯接件229和220通過另一個旋轉關節231連接。所有旋轉關節219、221、223、228、230和231的軸線在共同的旋轉中心點232處相交，并且它們的組合旋轉允許末端執行器板224以三個旋轉自由度圍繞該旋轉中心點232相對于基座結構214移動而沒有任何其他運動自由度(例如，一旦所有可調節附件都固定，則相對平移是不允許的)。聯接件216和連接的關節-聯接件鏈227-231構成致動分支系統。
95.本領域技術人員可以理解，以下聯接件對在圖23和圖12之間是類似的:217和42、218和44、220和46以及222和48。同樣，本領域技術人員可以理解，以下旋轉關節對在圖23和12之間是類似的:219和43、221和45以及223和47。因此，在裝置6000的這個實施方式中，聯接件216和連接的關節-聯接件鏈227-231構成圖12的系統149。如圖23所示，旋轉關節219、223和228使用電動機驅動，以部分或完全輔助圍繞用戶髖關節的運動。然而，本領域技術人員可以理解，旋轉關節219、221、223、228、230和231的任何其他組合可以通過一些方式來致動，以提供關于用戶髖關節的部分或完整的運動輔助。致動器219、223和228中的每一個具有傳感器組以獲得致動器反饋并且(連同它們各自的傳感器組)連接到控制器，該控制器隨后連接到用戶界面?？刂破靼幚韱卧洼斎?輸出單元，并且可包含電機驅動器。用戶意圖通過用戶界面傳達給控制器。為了清楚起見，該圖中省略了致動器與該控制器、控制器和用戶界面的連接。
96.裝置14000可以用作具有一些程度的肌肉控制的個體的增強裝置，或者它可以是半主動的，并且對應于不需要輔助的任何自由度的致動器219、223或228中的一個或兩個可以被移除并用被動關節代替。任選地，對于半主動情況，然后可以將傳感器組添加到該被動關節以監測該關節的運動。該裝置可以由機載電池或任何其他電源供電。此外，本領域技術人員將理解，裝置14000的替代實施方式可以應用于其他生物三自由度旋轉關節關節，只要這些實施方式的基本配置允許系統提供圍繞可以與目標關節的旋轉中心(大約)對齊的旋轉中心的三個旋轉自由度，并且不會關于該關節(用于目標運動)對用戶的身體造成機械干擾，并且所有這樣的實施方式和使用也在本技術的范圍內。
97.圖24示出了運動引導裝置15000的另一個實施方式，其允許圍繞旋轉中心233進行三個自由度旋轉，旋轉中心233可以與用戶目標關節的旋轉中心1大致對齊。裝置15000包括基座234，其一端附接至矯形結構235，該矯形結構235繼而可固定至用戶的軀干。在另一個附接表面處，基座234固定到聯接件236，聯接件236分別通過旋轉關節239和240連接到聯接件237和238。聯接件237和238隨后分別通過旋轉關節242和243連接到聯接件241。然后聯接件241通過另一個旋轉關節245連接到聯接件244。接下來，聯接件244通過旋轉關節247連接到聯接件246，并且聯接件246通過旋轉關節249附接到末端執行器聯接件248。末端執行器聯接件248然后通過矯形結構250和聯接件251連接到用戶的大腿，聯接件251具有沿三個正交軸線的滑動可調性，以允許矯形結構250相對于末端執行器聯接件248進行空間定位。此外，基座234和相鄰部件(即，矯形結構235和聯接件236)之間的附接還涉及可調節性，其允許末端執行器聯接件248相對于基座234的旋轉中心233與用戶目標關節的旋轉中心1(大致)對齊，同時保持矯形結構235與用戶軀干的符合人體工程學的連接。旋轉關節239、240、242、243、245、247和249的組合運動產生了裝置的末端執行器聯接件248相對于基座234的三個自由度旋轉。最后兩個關節247和249的軸線在系統的任何姿勢期間在旋轉中心點233相交，但其他的不一定與它相交。聯接件和旋轉關節236-243和245包括遠程中心旋轉機構，從而旋轉關節239、240、242、243和245的組合運動產生旋轉運動，其旋轉軸線與旋轉接頭247和249的旋轉軸線在遠程旋轉中心處相交。此外，如圖所示，所有這些關節239、240、242、243、245、247和249的位置以及聯接件236、237、238、241、244、246和248的幾何形狀允許用戶佩戴系統而不干擾用戶的身體(對于某些姿勢/位置)。本領域技術人員可以理解，在其他可能的實施方式中，可以改變聯接件236、237、238和241的幾何形狀，以便在不脫離本公開范圍的情況下調節遠程旋轉中心的相對位置。此外，基座234與聯接件244、246和248之間的遠程中心旋轉機構、旋轉關節247和旋轉關節249的連接順序可以以任何順序重新布置而不脫離本公開的范圍。
98.裝置15000可用作裝置1000和/或5000的替代運動引導裝置。裝置15000的結構通常不完全載荷，它可能更適合于這種負荷不顯著的某些應用。對于這樣的應用，該結構可以潛在地用于代替結構1000和/或5000(和/或這些結構的其他實施方式)，這取決于所使用的致動方法。例如，裝置15000可包括在旋轉關節249、旋轉關節247和旋轉關節239、240、242、243或245中的一個或多個處的致動關節。替代地，裝置15000可以連接到一個或多個平行致動臂(即，如圖12-22中對于裝置1000所示)，其中裝置15000的聯接件244、246和248分別類似于裝置1000的聯接件44、46和48，圖12-22中所示的各種致動分支可以附接到其上。
99.圖25示出了采用多于一個運動引導系統的運動引導輔助系統21000。系統21000包括運動引導裝置9000，其用作與小腿運動引導系統21500串聯的髖關節運動引導裝置20000。因此，運動引導輔助系統21000構成小腿外骨骼。運動引導裝置20000可以類似于圖7的裝置9000。裝置20000的執行器81(未示出)延伸并連接到旋轉致動器259，旋轉致動器259的旋轉軸線與用戶的膝關節大致對齊。致動器259然后附接到聯接件252。聯接件252連接到聯接件253，使得可以調節連接點，從而允許系統考慮具有不同小腿長度的用戶。然后聯接件253通過可調節聯接件254附接到矯形系統255。通過可調節聯接件254和小腿矯形系統255，聯接件253連接到用戶的小腿。聯接件253然后連接到旋轉致動器260。旋轉致動器260然后通過聯接件256連接到旋轉致動器257。旋轉致動器260和257具有在與用戶的踝關節大
致對齊的點處相交的旋轉軸線。然后致動器257連接到腳踏板258。腳踏板258可以通過帶系統或任何其他連接系統附接到用戶的腳。致動器259、260和257可以包括傳感器組以獲得致動器反饋，并且這些致動器259、260和257(以及它們各自的傳感器組)連接到圖7的控制系統95(其進一步連接到用戶界面單元99)，裝置20000的致動器也連接到控制系統95。這些連接未在圖25中示出。該控制系統95(見圖7)可以位于背包單元102(見圖8)中。該裝置由同樣位于背包單元中的電池單元供電(參見圖8)。
100.腳踏板258可以包括力傳感器、扭矩傳感器、力/扭矩傳感器、觸摸傳感器或任何其他類型的傳感器(或任何上述傳感器的多個實例)以獲得定位和/或平衡的反饋。任何連接都可以包含慣性測量單元、應變儀、旋轉編碼器或任何其他類型的傳感器，用于獲得控制反饋。用戶界面可以包含任何傳感器，例如提到的可能包括圖7的用戶界面系統99的那些。
101.本領域技術人員可以理解，可以使用提供用戶膝關節和踝關節致動的任何其他系統來代替小腿系統21500，并且所有這些組合都在本專利的范圍內。在運動引導輔助系統21000用于具有部分運動控制的用戶的運動輔助的情況下，根據用戶下半身的自由度不需要制動的某些制動器可以用被動關節代替。在致動器259的旋轉軸線未與用戶的膝關節對齊或致動器260和/或257未與用戶的踝關節對齊的情況下，可以通過調節連接使小腿和腳的連接變得具有依從性，以解決這種錯位。本領域技術人員可以理解，本文提出的其他裝置可以代替裝置9000充當髖部致動單元20000(諸如裝置11000)，并且所有這樣的組合都在本技術的范圍內。
102.圖26示出了類似于圖25的系統21000的全腿外骨骼系統22000，其中單獨的系統21000、21000a用于用戶的每條腿并因此提供完整的下半身運動引導輔助系統22000(構成完整的下半身外骨骼)。在該系統中，作為系統21000的子集的圖7的裝置9000(其用作圖25的實施方式的髖關節運動引導裝置20000)的基座73和背包102與作為系統21000a的子集的第二裝置9000共享，從而連接兩個系統21000和21000a。系統22000的所有致動器(以及這些致動器的傳感器組)都連接到位于圖7的背包單元102中的中央控制系統(其進而連接到通用用戶界面)(在這種情況下，分別作為系統21000和21000a的子集的兩個裝置9000的控制系統95和用戶界面系統99被中央控制單元和通用用戶界面代替)。
103.圖27示出了運動引導輔助系統22000的前視圖。腳踏板可以包括力傳感器、扭矩傳感器、力/扭矩傳感器、觸摸傳感器或任何其他類型的傳感器以獲得定位和/或平衡的反饋。任何連接都可以包含慣性測量單元、應變儀、旋轉編碼器或任何其他類型的傳感器，用于獲得控制反饋。運動引導輔助系統22000是載荷的，因為施加在外骨骼上的某些負載(例如背包中包含的電池的重量)可以轉移到外骨骼的其他點(例如外骨骼的足部與地面的接觸點)，而不必通過佩戴系統的用戶的身體傳遞。
104.本領域技術人員將理解，可以使用前面提到的圖25的運動引導輔助系統21000的任何替代形式來代替當前的運動引導輔助系統21000和/或21000a(其中某些連接部件可以是共享)并且所有這些組合都在本專利的范圍內。在運動引導輔助系統22000用于具有部分運動控制的用戶的運動輔助的情況下，根據用戶下半身的自由度不需要制動的某些制動器可以用被動關節代替。
105.圖28示出了采用多于一個運動引導系統的全腿外骨骼系統24000。系統24000包括用作髖關節運動引導裝置的運動引導裝置9500。運動引導裝置9500可以類似于圖7的裝置
9000。然而，盡管在圖7中裝置9000采用了被描繪為運動引導裝置5000的運動引導裝置1000的實施方式，其具有正交關節軸線40和41,但圖28中的裝置9500的關節軸線不是正交的，如圖2中裝置1000的軸線22、23和24所示。此外，在圖28中，致動器85和聯接件87被示出相對于裝置9500的其余部分以與圖7中對于裝置9000所描繪的不同的取向附接到安裝部84。本領域技術人員可以理解，致動器85(以及隨后的聯接件87)到安裝部84的附接可以相對于裝置9500的其余部分具有任何空間取向，并且任何這樣的替代附接方向也在本技術的范圍內。此外，雖然在圖7中對裝置9000的描繪中，可調聯接件82和矯形系統83朝用戶大腿的前部延伸，但圖28中對裝置9500的描繪顯示出可調聯接件82和矯形系統83朝用戶大腿的后部延伸。本領域技術人員可以理解，可調聯接件82和矯形系統83可以相對于裝置9500的其余部分具有任何空間取向，并且任何這樣的替代附接方向也在本發明的范圍內。
106.包含在運動引導輔助系統24000中的運動引導裝置9500與小腿運動引導系統21500串聯連接，類似于系統21500與系統21000中的運動引導裝置20000的連接。此外，單獨的系統23000、23000a用于用戶的每條腿并因此提供完整的下半身運動引導輔助系統24000(構成完整的下半身外骨骼)。在該系統中，作為系統23000的子集的裝置9500的基座73、矯形器系統86和背包102與作為系統23000a的子集的第二裝置9500共享，從而連接兩個系統23000和23000a。系統24000的所有致動器(以及這些致動器的傳感器組)都連接到位于圖28的背包單元102中的中央控制系統(其進而連接到通用用戶界面)(在這種情況下，分別作為系統23000和23000a的子集的兩個裝置9500的控制系統95和用戶界面系統99被中央控制單元和通用用戶界面代替)。
107.圖29示出了運動引導輔助系統24000的前視圖。腳踏板可以包括力傳感器、扭矩傳感器、力/扭矩傳感器、觸摸傳感器或任何其他類型的傳感器以獲得定位和/或平衡的反饋。任何連接都可以包含慣性測量單元、應變儀、旋轉編碼器或任何其他類型的傳感器，用于獲得控制反饋。運動引導輔助系統24000是載荷的，因為施加在外骨骼上的某些負載(例如背包中包含的電池的重量)可以轉移到外骨骼的其他點(例如外骨骼的足部與地面的接觸點)，而不必通過佩戴系統的用戶的身體傳遞。
108.本領域技術人員可以理解，可以使用提供用戶膝關節和踝關節致動的任何其他系統來代替小腿系統21500(其為裝置23000和/或23000a的子集)，并且所有這些組合都在本專利的范圍內。本領域技術人員可以理解，可以使用本文提出的其他裝置(諸如裝置11000)代替裝置9500(其為裝置23000和/或23000a的子集)，并且所有這樣的組合都在本技術的范圍。
109.盡管運動引導裝置1000、5000、7000、9000、11000、14000和被提及為在本技術的范圍內或圖12-22的通用裝置的任何實施方式(聲明在本技術的范圍內)的范圍內的任何裝置或實施方式通常被呈現為3自由度機制，但本領域技術人員可以理解，這些裝置也可以通過潛在地用固定連接代替某些被動關節和/或通過相應地減少致動器的數量而應用于某些2自由度和1自由度應用，并且所有這樣的實施方式都在本專利的范圍內。
110.如前所述，盡管運動引導裝置1000、5000、7000、9000、11000、14000和被提及為在本技術的范圍內或圖12-22中示出的任何實施方式(聲明在本技術的范圍內)的范圍內的任何裝置或實施方式通常被描述為引導用戶的髖關節，但本領域技術人員可以理解，類似形式的裝置也可以制動其他生物關節(例如踝或腕)，并且所有這樣的實施方式都在本專利的
范圍內。
111.雖然本技術中呈現的實施方式通常指定致動器的位置或施加致動的關節，但本領域技術人員將理解致動可能被施加或移動到當前被描述為被動的其他關節，并且，反過來，被描述為主動的關節可以潛在地被被動關節替換，并且所有這樣的實施方式都在本技術的范圍內。
112.盡管在上述實施方式中沒有描述，但本領域技術人員可以理解，任何提及的關節(無論是被動的還是主動的)也可以包括被動能量存儲或能量耗散元件，例如彈簧或阻尼器，并且所有這樣的實施方式都在本技術的范圍內。
113.雖然裝置1000、5000、7000、9000、11000、14000(以及這些的任何提及的實施方式)以及圖12-22中所示的各種實施方式通常被呈現為使得不一定采用產生單自由度遠程旋轉中心的關節系統或結構(諸如角路或曲線關節)(由于不這樣做的機械可行性的可能優勢)，但本領域技術人員可以理解，這樣的結構/系統可以用于代替所呈現的(或提到的在本技術的范圍內的)實施方式中的特定關節(例如，以避免機械干擾)，并且所有這樣的實施方式都在本技術的范圍內。
114.雖然所描繪的所有連接通常都被描繪為有線連接，但本領域技術人員可以理解這些連接中的某些可以是無線的并且所有這樣的實施方式都在本技術的范圍內。
115.雖然某些致動器可以被識別為旋轉或線性的，但這并不意味著限制這些致動器產生旋轉或線性運動的方式。例如，線性致動器可以跨兩個由旋轉關節連接的組件連接，在這種情況下，線性致動器的線性運動具有在待致動的關節處產生旋轉運動的效果。由于這樣的系統在待致動的關節處產生旋轉運動，所以即使它可能包括線性致動器，該系統也可以滿足旋轉致動器的位置。因此，一般而言，將致動器識別為線性或旋轉是指致動器致動的關節的運動，但并不意味著限制提供這種致動的系統的性質。本領域技術人員可以看到，有許多致動器系統可以應用于本技術中提出的實施方式，并且所有這些實施方式都在本技術的范圍內。
116.通常，在整個申請中，可以說某些聯接件和/或其他組件相對于其他聯接件和/或其他組件具有可調節的連接點。然而，應當理解，任何其他聯接件和/或組件(沒有被聲明為具有可調節性)也可以關于它們與另一個聯接件和/或組件的連接點或關于它們自己的幾何形狀具有可調節性。說一個聯接件可能關于其自身幾何形狀具有可調節性通常被認為是指一個或多個尺寸可以通過一些機制進行調節(這也可以包括將聯接件分成兩個或多個連接的聯接件，這些聯接件可能具有可調節的連接點或任何其他機制)。替代地，可以理解，在本技術中稱為具有可調節性的某些組件/聯接件可以用不可調節的聯接件/組件代替，并且在一些情況下，這可能包括合并先前通過可調節連接連接的兩個或更多個聯接件和/或組件。本領域技術人員將理解所有這些變化都在本技術的范圍內。
117.此外，雖然某些組件在本文中可能被描述為通過一些系統/機構剛性連接的獨立主體，但是本領域技術人員可以理解這些組件/主體可以合并到一個組件/主體中。反過來，本領域的技術人員可以理解，作為單個主體呈現的組件可以被剛性連接的兩個或更多個組件替換，但一起保持它們所替換的主體/組件的相關特性。本領域技術人員可以理解，所有這樣的組合都在本專利的范圍內。
118.通常，在整個申請中，某些關節或聯接件或主體或其他組件可能已被稱為具有傳
感元件(諸如編碼器、慣性測量單元或其他傳感器)，然而，應理解任何關節或聯接件或主體或其他組件(包括可能未提及包含傳感器的組件)可能包括傳感器，諸如旋轉編碼器、慣性測量單元或任何其他類型的傳感器。本領域技術人員將理解所有這些變化都在本技術的范圍內。
119.在一個實施方式中，通過允許定位用戶可能具有減少的(或不存在)控制的關節段，或者，通過在身體段之間提供輔助運動響應來將用戶穩定在一個或多個關節處或在例如用戶可能在一個或多個關節處肌肉變弱的情況下提供用戶動作的增強，所提及的任何運動引導裝置可用于幫助可能在一個或多個下半身關節中具有移動性問題的用戶。
120.在另一實施方式中，本發明的運動輔助系統可用作機器人康復工具。例如，物理治療師可以使用帶子(或任何其他連接方法)將患者固定在運動輔助外骨骼系統上，以支撐用戶的體重，然后可以對外骨骼進行編程以通過一些重復練習幫助患者的肢體。
121.在一個實施方式中，下半身運動引導輔助系統可以連接到上半身外骨骼系統，以提供整個身體的運動引導(或輔助)。
122.在一種實施方式中，運動輔助系統可以用作運動捕捉裝置。該系統可以包括用于檢測和/或引導任何數量的目標關節的運動的運動引導裝置或系統。使用安裝裝置諸如帶和矯形器將運動捕捉系統固定到用戶。在這方面，運動發生器和運動傳遞系統(如果有的話)的致動器可以存在也可以不存在。例如，致動器可以用傳感器代替，例如編碼器、線性/旋轉電位器等，并且在控制器中編程的運動學算法可以使用這些數據來計算人體目標關節的準確方向和身體段的位置。用戶可以在任何或所有關節目標處產生運動，并且多個傳感器可以通過測量運動捕捉系統的被動關節的運動(即，位置和方向)來檢測這種運動(由用戶產生)。
123.替代地，在另一實施方式中，可不省略前述實施方式的運動引導裝置的主動關節，且所得運動捕捉裝置可與外部虛擬現實(vr)或增強現實(ar)系統通信。在這種情況下，致動器不會產生任何阻力，直到用戶在虛擬或增強現實環境中以觸覺方式接觸某物，此時致動器參與以模擬對虛擬實體的觸覺響應(例如，力反饋)。例如，本實施方式可以應用在游戲行業中，游戲玩家可能需要與環境進行更好的交互?？梢詫刂破鬟M行預編程以命令致動器抵抗在某些取向/方向上的運動或在某些取向/方向上施加力。運動引導裝置還可用于訓練應用，諸如體育運動，其中外骨骼將限制不準確/不正確的運動，而促進(或不干擾)準確/正確的運動。
124.在另一個實施方式中，外骨骼的致動器可以由可鎖定的關節代替。在這種布置中，在附接運動引導裝置時，操作者可以手動移動待定位的結構，直到達到所需位置。在達到所需位置之前，致動器不會對運動產生任何阻力。然后操作員可以鎖定可鎖定關節以保持該位置。
125.在另一個實施方式中，全身外骨骼或其子組件(例如，臀部子組件)可以用作運動增強裝置，其中控制器可以包括用戶意圖檢測算法，該算法可以通過從傳感器(諸如一個或多個編碼器、imu系統、腳力傳感器、emg傳感器或任何其他傳感器)接收到的信號來監測用戶活動/輸入。然后，控制器將命令外骨骼或其子組件協助下肢或上肢執行特定動作。該系統可以根據特定動作的需要充當主動或被動裝置。
126.盡管已經示出和描述了本公開的特定元件、實施方式和應用，但是應當理解，本公
開的范圍不限于此，因為本領域技術人員可以在不脫離本公開的范圍的情況下進行修改，特別是鑒于前述教導。因此，例如，在本文公開的任何方法或過程中，構成該方法/過程的動作或操作可以以任何合適的順序執行并且不必限于任何特定公開的順序。在各種實施方式中，元件和組件可以不同地配置或布置、組合和/或消除。上述各種特征和過程可以彼此獨立地使用，或者可以以各種方式組合。所有可能的組合和子組合旨在落入本公開的范圍內。在本公開全文中對“一些實施方式”、“一個實施方式”等的引用意味著結合實施方式描述的特定特征、結構、步驟、過程或特性被包括在至少一個實施方式中。因此，貫穿本公開的短語“在一些實施方式中”、“在一個實施方式中”等的出現不一定都指代相同的實施方式并且可以指代相同或不同實施方式中的一個或多個。
127.已經在適當的地方描述了實施方式的各個方面和優點。應當理解，不一定所有這些方面或優點都可以根據任何特定實施方式來實現。因此，例如，應當認識到，可以以實現或優化如本文所教導的一個優點或一組優點的方式來執行各種實施方式，而不必實現如本文所教導或建議的其他方面或優點。
128.本文使用的條件性語言，諸如“可以”、“可能”、“也許”、“可”、“例如”等，除非另有明確說明，或在所使用的上下文中以其他方式理解，否則通常旨在傳達某些實施方式包括某些特征、元件和/或步驟，而另一些實施方式不包括。因此，這樣的條件性語言通常不旨在暗示一個或多個實施方式以任何方式需要特征、元素和/或步驟，或者一個或多個實施方式必須包括用于在有或沒有操作員輸入或提示的情況下決定是否這些特征、元素和/或步驟被包括或將在任何特定實施方式中執行的邏輯。沒有哪里特征或特征組是任何特定實施方式都需要的或不可缺少的。術語“包含”、“包括”、“具有”等是同義詞，并且以開放式包容性地使用，并且不排除其他元素、特征、動作、操作等。此外，術語“或”以其包容性(而非排他性)使用，使得當用于例如連接元素列表時，術語“或”表示列表中的一個、一些或全部元素。
129.本文描述的實施方式的實例結果和參數旨在說明而非限制所公開的實施方式。其他實施方式可以與本文描述的說明性示例不同地配置和/或操作。