[发明专利]柔性可穿戴肌肉辅助装置

说明书

本发明涉及一种柔性可穿戴肌肉辅助装置，其至少具有可穿戴身体接口和附接在其上的有源和无源部件的元件，其适配为一起辅助使用者改变或保持铰接到第二身体部分的第一身体部分的位置，可穿戴身体接口包括至少两个服装部分；有源和无源部件包括至少一个有源动力元件，无源部件至少包括第一无源部件和第二无源部件，第一无源部件和第二无源部件两者都在至少两个服装部件之间延伸并且包括用于存储由使用者和/或至少一个有源动力元件所提供的能量的弹性材料。建议在在身体的关节的相对侧上布置第一无源部件和第二无源部件。

技术领域

本发明涉及一种柔性可穿戴的肌肉辅助装置。

背景技术

肌肉骨骼系统的虚弱会引起降低人的生活质量的问题。这种虚弱可能是遗传性紊乱、神经状况(比如中风)或由于老化的结果。由于这种虚弱，人在梳理头发时可能无法抬起手臂、不能顺利地站起或坐下、不能爬一段楼梯等等。

即使受影响的人仍然能够移动手臂或腿或其他肢体，情况也可能是这样。也就是说，与人对某些肌肉群没有任何控制的情况(比如完全截瘫)相反，可以控制至少一些肌肉。然而，即使人移动肢体所需的肌肉或至少部分肌肉太虚弱——特别是当肌肉必须抵抗重力而保持肢体的位置或必须抵抗重力而抬升身体的一部分时，比如当在行走期间必须抬升脚、大腿等时——人仍保持部分控制其肢体的能力。有时，这种情况仅是暂时性的，例如在事故之后，其中需要使用受伤的肌肉来重新训练运动。然而，即使这样，人受到虚弱的损害的时间也可能相当长。此外，还存在许多预计有持续损害的情况。

因此，存在改善受肌肉骨骼系统虚弱影响的人的日常生活活动的需要。对于当在社区中移动时不能支撑其自身体重抵抗重力可能引起不安全的情况，尤其是这样。这可能引起普遍缺乏活动性，并因此导并发症，比如关节疼痛或心血管缺陷，所有这些都源于运动的总体减少。

作为另一个示例，患有偏瘫臂的中风患者可能选择停止使用该臂，因为他们不能将其用于日常生活活动。这又导致了一种被称为习得废用状态的现象，在这种情况下，缺乏使用的手臂导致恶性循环，患者可能会完全停止使用手臂。这些减少或抑制运动的行为与进行运动以促进恢复的物理康复的一般方法相反。

已经有人建议以动力外骨骼的形式向人提供辅助。这些装置向使用者施加力以帮助比如行走或站立的运动。为此，使用设置有靠近人类骨骼的关节放置的机械关节的刚性结构。外骨骼具有电机，用于屈曲或伸展外骨骼的关节，从而传递辅助所需的力。虽然这样的外骨骼可能对于例如患有完全截瘫的某人是非常有用的，但刚性外骨骼往往庞大、沉重并且昂贵。

此外，穿戴刚性外骨骼可能不舒服，特别是在外骨骼的关节不与人体的关节精确对准的情况下。而且，人进入外骨骼中可能是困难的，特别是当人严重残疾时。

在最初为军事应用开发的一系列项目中还提出了对使用者的肌肉支持。这些源于美国国防部机构DARPA(国防高级研究计划局)请求的项目寻求开发一种技术，该技术将减少由于携带重型装备而导致的士兵的肌肉骨骼损伤。有人建议，当士兵携带装备时，要小心地为腿部提供定时的辅助力。这种被称为护甲的装置克服了外骨骼的庞大和重量问题，但为军事目而开发的护甲很难适用于残疾人。为体格健壮、训练有素的士兵开发的军用护甲可以依靠简单的基于位置的控制器，在步行周期的特定阶段提供短脉冲的辅助；然而，残疾人的需求超出了这些脉冲。

当辅助的短脉冲定时稍微不正确时，例如定时与精确的步行周期稍微或明显不同步，或者当脉冲太弱而不能完全支撑士兵及其装备时，这种错误由于其训练有素的身体而容易被士兵纠正，士兵的身体总体上仍然从军用护甲获得了有益的帮助。相反，当向残疾人提供辅助并且这种辅助太短、太弱或太强，或者提供有错误的定时时，使用护甲的残疾人可能不能实现预期的运动或者甚至可能跌倒。

另一个问题是，将力传递给护甲的使用者依赖于高剪切力来提供必要的辅助。这些力可能导致极大的不适，并且甚至可能引起对皮肤或身体的进一步伤害，特别是在潜在使用者可能遭受防止使用者感觉到这种力或其不利影响的感觉问题的情况下。