適應性手臂支撐件系統及使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于支撐用戶的手臂的系統、設備和方法，例如，涉及適應性手臂支撐件系統，其支撐用戶的一個或兩個手臂，同時允許大致的自由運動，例如，以允許用戶通過延伸的一個或兩個手臂在延長的時間段內執行一個或多個任務。
【背景技術】
[0002]許多任務要求人們伸出他們的手臂來工作。示例包括外科、牙科、繪畫、洗碗和產品組裝。從事該類活動的人們可能由于抗拒他們手臂上的重力以保持手臂伸展所需要的長時間肌肉用力而感到疲勞。虛弱或殘疾的人可能體驗執行日常任務的疲勞。椅子和工作臺上的靜態手臂支托件僅當在例如計算機鍵盤處的相對受限的區域內執行任務時有效。涉及較大范圍運動的任務不由靜態手臂支托件輔助。
[0003]因此，存在對適應性手臂支托件或手臂支撐件系統的需要，其可緩解執行涉及適于中到大范圍運動的任務的人們所體驗的疲勞。
【發明內容】
[0004]本發明涉及用于支撐用戶的手臂的系統、設備和方法，例如，涉及適應性手臂支撐件系統或設備，其支撐用戶的一個或兩個手臂，同時允許大致的自動運動，例如，以允許用戶以伸展的一個或兩個手臂執行一個或多個任務達延長時間段。
[0005]根據一個實施例，提供了用于支撐用戶的手臂的系統，其包括:穿戴裝備(harness)，所述穿戴裝備被配置成佩戴在用戶的身體上；聯接到穿戴裝備的手臂支撐件，其被配置成支撐用戶的手臂，手臂支撐件被配置成容許手臂的移動，同時在大致不干擾用戶的手臂的移動的情況下跟隨移動；以及一個或多個補償元件，其聯接到手臂支撐件以施加偏移力，以便當用戶移動時以及手臂支撐件跟隨用戶的手臂的移動時，至少部分地抵消作用在手臂上的重力，所述一個或多個補償元件提供力分布，所述分布力基于手臂支撐件的取向改變偏移力。
[0006]在示例性實施例中，手臂支撐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樞轉地聯接到穿戴裝備的第二端，從而使得手臂托架相對于穿戴裝備繞多個軸線樞轉。一個或多個補償元件可以包括安裝在手臂托架上的一個或多個元件，例如，彈性元件。
[0007]另外或可替換地，手臂支撐件可以包括第一手臂支撐件節段，其關于第一豎直軸線樞轉地聯接到穿戴裝備，從而使得第一手臂支撐件節段相對于穿戴裝備繞第一豎直軸線可大致水平地旋轉；以及第二手臂支撐件節段，其樞轉地聯接到第一手臂支撐件節段，從而使得第二手臂支撐件節段繞與第一豎直軸線大體正交的第二軸線可旋轉。可選地，第二手臂支撐件節段可以包括被配置成支撐用戶的手臂的一部分的手臂支托件和/或安裝在第二手臂支撐件節段上的彈性元件。
[0008]根據另一個實施例，提供了用于支撐用戶的手臂的系統，其包括:穿戴裝備，其被配置成佩戴在用戶的身體上；聯接到穿戴裝備的手臂支撐件，手臂支撐件被配置成支撐用戶的手臂，手臂支撐件包括手臂托架，手臂托架包括在其第一端上的手臂支托件以及樞轉地聯接到穿戴裝備的第二端，從而使得手臂托架繞多個軸線樞轉，以便容許用戶的手臂的移動，同時在大致不干擾用戶的手臂的移動的情況下跟隨移動；以及一個或多個補償元件，其安裝在手臂托架上以便當用戶移動時以及手臂托架跟隨用戶的手臂的移動時，至少部分地抵消作用在用戶的手臂上的重力。可選地，手臂支撐件可以包括鉸鏈托架，其關于第一豎直軸線樞轉地聯接到穿戴裝備，從而使得鉸鏈托架相對于穿戴裝備繞第一豎直軸線可大致水平地旋轉，并且其中手臂托架的第二端樞轉地聯接到鉸鏈托架，從而使得手臂托架繞與第一豎直軸線大體正交的第二軸線可旋轉。
[0009]根據另一個實施例，提供了用于支撐用戶的手臂的系統，其包括:被配置成佩戴在用戶的身體上的穿戴裝備，穿戴裝備包括被配置成佩戴在用戶的一個或兩個肩膀上或周圍的肩部穿戴裝備，被配置成佩戴在用戶的腰部或臀部周圍的腹帶，以及在肩部穿戴裝備和腹帶之間延伸的一個或多個支撐構件；聯接到穿戴裝備的手臂支撐件，其被配置成支撐用戶的手臂，手臂支撐件被配置成容許手臂的移動，同時在大致不干擾用戶的手臂的移動的情況下跟隨移動；一個或多個補償元件，其安裝在手臂托架上以便當用戶移動時以及手臂托架跟隨用戶的手臂的移動時，至少部分地抵消作用在用戶的手臂上的重力；以及負載轉移托架，其聯接到腹帶用以接合外部結構，從而將來自系統的力轉移到外部結構。
[0010]根據另一個實施例，提供了用于支撐用戶的手臂的系統，其包括:穿戴裝備，其被配置成佩戴在用戶的身體上，穿戴裝備包括被配置成佩戴在用戶的一個或兩個肩膀上或周圍的肩部穿戴裝備，被配置成佩戴在用戶的腰部或臀部周圍的腹帶，以及在肩部穿戴裝備和腹帶之間延伸的一個或多個支撐構件；以及頭部支托件，例如，穿戴裝備上的下巴支托件和/或前額支托件。可選地，系統還可以包括聯接到穿戴裝備的手臂支撐件，手臂支撐件被配置成支撐用戶的手臂，手臂支撐件被配置容許手臂的移動，同時在大致不干擾用戶的手臂的移動的情況下跟隨移動；以及一個或多個補償元件，其安裝在手臂托架上，以便當用戶移動時以及手臂支撐件跟隨用戶的手臂的移動時，至少部分地抵消作用在手臂上的重力。一個或多個補償元件可以被配置成提供力分布，力分布基于手臂支撐件的取向改變偏移力。
[0011]根據另一個實施例，提供了用于在一個或多個任務期間支撐用戶的手臂的方法，其包括將穿戴裝備放置在用戶上，穿戴裝備包括相對于穿戴裝備可移動且包括手臂支托件的手臂支撐件；使用手臂支撐件支撐用戶的手臂的一部分，從而使得手臂支撐件隨后跟隨用戶的手臂的移動；以及執行包括移動用戶的手臂的一個或多個任務，手臂支撐件包括一個或多個補償元件，一個或多個補償元件施加偏移力以便當用戶移動時，在大致不干擾移動的情況下至少部分地抵消作用在手臂上的重力，一個或多個補償元件提供力分布，力分布基于手臂支撐件的取向改變偏移力。
[0012]在示例性實施例中，手臂支撐件可以包括樞轉地聯接到穿戴裝備的第一手臂支撐件節段，并且執行一個或多個任務可以包括使用戶的手臂大致水平地旋轉，第一手臂支撐件節段相對于穿戴裝備繞第一豎直軸線自由地旋轉，以跟隨用戶的手臂的移動。手臂支撐件還可以包括樞轉地聯接到第一手臂支撐件節段的第二手臂支撐件節段，并且執行一個或多個任務可以包括舉起和降下用戶的手臂，第二手臂支撐件節段繞與第一豎直軸線大體正交的第二軸線旋轉，以跟隨用戶的手臂的移動。
[0013]根據另一個實施例，提供了用于在一個或多個任務期間支撐用戶的手臂的方法，其包括將穿戴裝備放置在用戶上，穿戴裝備包括相對于穿戴裝備可移動且包括手臂支托件的手臂支撐件；圍繞用戶的腰部或臀部固定穿戴裝備的腹帶；使腹帶上的負載轉移托架與外部結構接合；使用手臂支托件支撐用戶的手臂的一部分，以使手臂支撐件隨后跟隨用戶的手臂的移動；以及執行包括移動用戶的手臂的一個或多個任務，手臂支撐件包括一個或多個補償元件，一個或多個補償元件施加偏移力以便當用戶移動時在大致不干擾移動的情況下，至少部分地抵消作用在手臂上的重力，負載轉移托架將來自穿戴裝備的力轉移到外部結構。
[0014]根據另一個實施例，提供了用于支撐用戶的頭部的系統，其包括:穿戴裝備，其被配置成佩戴在用戶的身體上，穿戴裝備包括被配置成佩戴在用戶的一個或兩個肩膀上或周圍的肩部穿戴裝備，被配置成佩戴在用戶的腰部或臀部周圍的腹帶；以及包括支撐托架和支托件構件的頭部支托件，該支撐托架包括安裝到穿戴裝備的第一端和當該穿戴裝備由用戶佩戴時鄰近用戶的前額設置的第二端，并且該支托件構件聯接到支撐托架的第二端，從而使得當穿戴裝備被佩戴用于支撐用戶的前額時，支托件構件延伸跨越用戶的前額。可選地，系統還可以包括在一位置處安裝到穿戴裝備的下巴支托件，從而使得當穿戴裝備被佩戴用于支撐用戶的下巴時，下巴支托件延伸跨越用戶的下巴。如果需要，支撐托架可以為可調節的，從而使得當穿戴裝備被佩戴用于支撐用戶的下巴時，支托件構件可移動到延伸跨越用戶的下巴的位置處，以及/或者支托件構件可以為可移除的。
[0015]根據另一個實施例，提供了用于支撐用戶的手臂的系統，其包括:穿戴裝備，其被配置成佩戴在用戶的身體上，穿戴裝備包括被配置成佩戴在用戶的一個或兩個肩膀上或周圍以及背部上的肩部穿戴裝備，被配置成佩戴在用戶的腰部或臀部周圍的腹帶，以及在肩部穿戴裝備和腹帶之間延伸的一個或多個支撐構件，以及肩部支撐構件，該肩部支撐構件包括在用戶的背部后面的一位置處大致固定到肩部穿戴裝備的第一端以及大致固定在用戶的肩部之上的第二端；聯接到穿戴裝備的手臂支撐件，其被配置成支撐用戶的手臂，手臂支撐件被配置成容許手臂的移動，同時在大致不干擾用戶的手臂的移動的情況下跟隨移動，手臂支撐件包括:第一手臂支撐件節段，其樞轉地聯接到肩部支撐構件的第二端，從而使得第一手臂支撐件節段相對于肩部支撐構件大致水平地繞第一豎直軸線可旋轉；第二手臂支撐件節段，其樞轉地聯接到第一手臂支撐件節段，從而使得第二手臂支撐件節段繞與第一豎直軸線大體正交的第二軸線可旋轉；以及一個或多個補償元件，用于當用戶移動時以及手臂托架跟隨用戶的手臂的移動時，至少部分地抵消作用在用戶的手臂上的重力。
[0016]在本文的任何實施例中，手臂支托件可以被提供在手臂支托件上，例如，在第二手臂支撐件節段上，形狀被設計為接收用戶的手臂。可選地，手臂支托件可以相對于第二手臂支撐件節段樞轉以及/或者手臂支托件可以沿著第二手臂支撐件節段的縱向軸線可移動，以調節手臂支托件的軸向位置。可選地，例如，可以提供樞轉地聯接到第二手臂支撐件節段的前臂支撐件，用以支撐用戶的前臂。
[0017]根據另一個實施例，提供了用于支撐用戶的手臂的系統，其包括:穿戴裝備，其被配置成佩戴在用戶的身體上；聯接到穿戴裝備的手臂支撐件，其經配置支撐用戶的手臂的，手臂支撐件被配置成容許手臂的移動，同時在大致不干擾用戶的手臂的移動的情況下跟隨移動；以及一個或多個補償元件，其聯接到手臂支撐件以施加偏移力，以便當用戶移動手臂時以及手臂支撐件跟隨用戶的手臂的移動時，至少部分地抵消作用在用戶的手臂上的重力，一個或多個補償元件包括彈性元件和纜繩，該彈性元件在當穿戴裝備由用戶佩戴時鄰近用戶的背部的位置處在穿戴裝備上安裝在彈性元件外殼內，并且纜繩在彈性元件和手臂支撐件之間聯接。
[0018]根據另一個實施例，提供了用于在一個或多個任務期間支撐用戶的方法，其包括將穿戴裝備放置在用戶上，穿戴裝備包括頭部支撐件，該頭部支撐件在大致不妨礙用戶的視野的情況下，在用戶的頭部的前面延伸；使用頭部支撐件的頭部支托件接觸用戶的頭部的一部分，例如，用戶的前額和/或下巴；以及執行一個或多個任務，頭部支托件在一個或多個任務的執行期間支撐用戶的頭部。可選地，穿戴裝備還可以包括手臂支撐件，其相對于穿戴裝備可移動且包括手臂支托件，并且方法可以進一步包括:使用手臂支撐件支撐用戶的手臂的一部分，從而使得手臂支撐件隨后跟隨用戶的手臂的移動；以及執行包括移動用戶的手臂的一個或多個任務，手臂支撐件包括一個或多個補償元件，該一個或多個補償元件施加偏移力以便當用戶移動時在大致不干擾移動的情況下至少部分地抵消作用在手臂上的重力，一個或多個補償元件提供力分布，該力分布基于手臂支撐件的取向改變偏移力。
[0019]本發明的其他方面和特征將通過結合隨附附圖考慮以下描述而變得明顯。
【附圖說明】
[0020]將理解的是，附圖中所示的示例性裝置不必按比例繪制，而是強調說明所示出實施例的各方面和各特征。
[0021]圖1為以伸展的右臂工作的用戶的上身的后透視圖。
[0022]圖2為可由用戶(諸如圖1的用戶)佩戴的適應性手臂支撐件系統的示例性實施例的前透視圖。
[0023]圖3A為可由用戶佩戴且支撐用戶的延伸手臂的圖2的適應性手臂支撐件系統的后透視圖。圖A為圖3A的系統的細節。
[0024]圖3B和圖3C為圖2的適應性手臂支撐件系統的俯視圖，該適應性手臂支撐件系統由用戶佩戴，并且當用戶水平移動支撐手臂時支撐用戶的延伸手臂。
[0025]圖3D和圖3E為圖2的適應性手臂支撐件系統的側視圖，該適應性手臂支撐件系統由用戶佩戴，并且當用戶垂直移動支撐手臂時支撐用戶的延伸手臂。
[0026]圖4A為圖2的適應性手臂支撐系統的側視圖。
[0027]圖4B和圖4C為圖2的適應性手臂支撐件系統的元件的示意圖，其示出當垂直移動系統時的負載矢量。
[0028]圖5A-5E為由用戶佩戴的圖2的適應性手臂支撐件系統的后透視圖，其示出用于放置系統的用戶的支撐手臂的位置序列。圖B-D分別為圖5C-5E中示出的系統的細節。
[0029]圖6A和圖6B為適應性手臂支撐件系統的另一個示例性實施例的后透視圖，該適應性手臂支撐件系統由用戶佩戴，并且當用戶垂直移動支撐手臂時支撐用戶的延伸手臂。圖E和圖F分別為圖6A和圖6B的系統的細節。
[0030]圖6C和圖6D為圖6A和圖6B的適應性手臂支撐件系統的元件的示意圖，其示出當垂直移動系統時的支撐矢量。
[0031]圖7A和圖7B為適應性手臂支撐件系統的另一個示例性實施例的側視圖，其中系統的手臂支托件垂直地移動。
[0032]圖8A和圖SB為適應性手臂支撐件系統的另一個示例性實施例的側視圖，其中系統的手臂支托件垂直地移動。
[0033]圖9A和圖9B為圖2的適應性手臂支撐件系統的側視圖，其中系統的手臂支托件垂直地向上移動。
[0034]圖1OA和圖1OB為圖2的適應性手臂支撐件系統的前透視圖，其中系統的樞轉軸繞豎直軸線旋轉。
[0035]圖1lA和圖1lB為圖2的適應性手臂支撐件系統的前透視圖，其中系統的支撐桿繞水平軸線旋轉。
[0036]圖12A和圖12B為適應性手臂支撐件系統的另一個示例性實施例的后透視圖，其中系統的手臂支托件垂直地移動。圖G和圖H分別為圖12A和圖12B中示出的系統的細節。
[0037]圖13A和圖13B分別為由用戶佩戴的適應性手臂支撐件系統的另一個實施例的前透視圖和后透視圖，該適應性手臂支撐件系統支撐用戶的兩個手臂。
[0038]圖14A和圖14B分別為圖13A和圖13B的適應性手臂支撐件系統的前透視圖和后透視圖。
[0039]圖14C和圖14D分別為圖13A和圖13B的適應性手臂支撐件系統的側視圖，其中覆蓋件被移除以不出系統的偏置機構的內部部件。
[0040]圖15為未使用的。
[0041]圖16A包括圖14C和圖14D中示出的偏置機構的非對稱次級滑輪的示例性實施例的側視圖和端視圖。
[0042]圖16B為圖16A的次級滑輪的橫截面視圖。
[0043]圖16C為示出在圖14C和圖14D的偏置機構中使用圖16A的次級滑輪實現的示例性力矩的圖表。
[0044]圖17A包括圖14C和圖14D中示出的偏置機構的非對稱次級滑輪的可替換示例性實施例的側視圖和端視圖。
[0045]圖17B為圖17A的次級滑輪的橫截面視圖。
[0046]圖17C為示出在圖14C和圖14D的偏置機構中使用圖17A的次級滑輪實現的示例性力矩的圖表。
[0047]圖18為圖14A和圖14B的系統的前透視圖，其示出在使用期間作用在系統上的力的示例性布置。
[0048]圖19A和圖19B為圖14A和圖14B的系統的前透視圖，其示出繞豎直軸線旋轉的系統的手臂支撐件的旋轉。
[0049]圖19C和圖19D為圖14A和圖14B的系統的后部透視圖，其中兩個手臂支撐件被移除(圖19C中示出分離的一個)。
[0050]圖19E為圖14A和圖14B的系統的俯視圖，其示出旋轉以容納用戶的肩部(未示出)的系統的肩部支撐管。
[0051]圖20A為圖14A和圖14B的系統的前透視圖，該系統由用戶佩戴，并且示出處于打開位置的系統的負載轉移托架。
[0052]圖20B為圖20A中示出的系統的開放負載轉移托架的細節。
[0053]圖20C為圖20A中示出的系統的前透視圖，其示出處于閉合位置的系統的負載轉移托架。
[0054]圖20D為圖20C中示出的系統的閉合負載轉移托架的細節。
[0055]圖21A和圖21B分別為圖13A和圖13B的系統的透視圖和側視圖，該系統由用戶佩戴并且包括至少部分由桌子支撐的負載轉移托架。
[0056]圖21C為圖21A和圖21B的系統的細節，其示出經由負載轉移托架從系統被至少部分轉移到桌子的負載。
[0057]圖21D為圖13A和圖13B的系統的側視圖，該系統由用戶佩戴并且包括至少部分由桌子支撐的負載轉移托架的可替換實施例。
[0058]圖21E為圖21D的系統的細節，其示出經由負載轉移托架從系統被至少部分轉移到桌子的負載。
[0059]圖22A為圖13A和圖13B的系統的側視圖，該系統由用戶佩戴并且包括至少部分由桌子上的協作欄桿支撐的負載轉移托架的另一可替換實施例。
[0060]圖22B為圖22A的系統的負載轉移托架和桌子的欄桿/導軌(rail)之間的協作的細節。
[0061]圖22C為圖13A和圖13B的系統的側視圖，該系統由用戶佩戴并且包括至少部分由桌子上的協作欄桿支撐的負載轉移托架的另一個可替換實施例。
[0062]圖22D為圖22C的系統的負載轉移托架和桌子的欄桿之間的協作的細節。
[0063]圖23A為圖13A和圖13B的系統的側視圖，該系統由用戶佩戴并且包括當用戶坐在桌子旁時至少部分由桌子支撐的負載轉移托架的另一個可替換實施例。
[0064]圖23B為圖23A的系統的負載轉移托架和桌子之間的協作的細節。
[0065]圖23C為圖13A和圖13B的系統的側視圖，該系統由用戶佩戴并且包括當用戶坐在桌子旁時至少部分由桌子支撐的負載轉移托架的另一個可替換實施例。
[0066]圖23D為圖23C的系統的負載轉移托架和桌子之間的協作的細節。
[0067]圖24A為圖13A和圖13B的系統的側視圖，該系統由用戶佩戴并且包括至少部分由桌子支撐的負載轉移托架的另一個可替換實施例。
[0068]圖24B為圖24A的系統的負載轉移托架和桌子之間的協作的細節。
[0069]圖25A和圖25B為可被包括在適應性手臂支撐件系統中的手臂支撐件組件的另一個實施例的側視圖，其包括轉動的手臂支托件。
[0070]圖26A和圖26B為可被包括在適應性手臂支撐件系統中的手臂支撐件組件的另一個實施例的側視圖，其包括軸向平移的手臂支托件。
[0071]圖27A為包括由用戶佩戴的前臂支撐件的適應性手臂支撐件系統的另一個示例性實施例的前透視圖。
[0072]圖27B和圖27C為圖27A的系統的俯視圖，其示出轉動以容許用戶的前臂的移動的前臂支撐件中的一個。
[0073]圖28為可被包括在適應性手臂支撐件系統中的手臂支撐件組件的另一個實施例的透視圖，其包括吊索型手臂支托件。
[0074]圖29A為包括用于存儲系統的手臂支托件的機構的適應性手臂支撐件系統的另一個示例性實施例的后透視圖。
[0075]圖29B為圖29A的系統的存儲機構的部件的細節，其中手臂支托件處于有效位置。
[0076]