CN110352050A - 柔性可穿戴肌肉辅助装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

柔性可穿戴肌肉辅助装置

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。

这种现有技术装置的示例是由Walsh、Conor等提交的用于辅助人体运动的柔性护甲的US 14/893.934。Asbeck、Alan Thomas等提交了另一辅助人类运动的柔性护甲作为US14/660.704。US 14/207.233中公开了Kornbluh、Roy David等的另一护甲。上述的Walsh、Conor等还提交了包括突出构件的矫形装置的专利申请US 15/025.472。另一现有技术是US13/520.102中Bureau、Maxime、Je Hyung Jung和Thierry Keller的具有受控刚度的装配元件。

Asbeck,Alan T.等在2013年的IEEE上的2013IEEE国际会议的《康复机器人(ICORR)》中发表了文章“生物激发的柔软护甲”。Wehner，Michael等在2013年IEEE上的2013IEEE国际会议的《机器人与自动化(ICRA)》中发表了文章“用于步态辅助的轻重量柔性护甲”。Asbeck,Alan T.等在2014年12月的《IEEE机器人与自动化杂志》第21卷第4号第22-33页发表了文章“更强、更聪明、更软：下一代可穿戴机器人”。

Panizzolo、Fausto A等是2016年《神经工程学与康复杂志》13:43的“一种可以降低负载行走的能量成本的生物激发的多关节柔性护甲”的作者。Lobo-Prat、Joan等在2014年IEEE的第五届IEEE RAS/EMBS生物医学机器人与生物机电学国际会议发表了关于“成人杜氏肌营养不良患者实验性有源肘支撑的设计和控制”的文章。作者Lobo-Prat、Joan等在2015年IEEE的2015IEEE国际康复机器人会议(ICORR)中发表了“力控制臂支架的自适应重力和关节刚度补偿方法”。最后，Portema、Eric(2015年)出版了《手臂动作的设计：一种新颖的用于在桌面任务期间辅助杜氏肌营养不良症患者的平面有源手臂支撑》，并且在In、Hyunki等的2015年3月的《IEEE机器人与自动化杂志》第22卷第1号第97-105页“Exo-Glove：具有柔性肌腱布线系统的可穿戴手用机器人”中。

还参考Kai Schmidt和R.Robert Riener在2016年10月13日首次上线的下列文件“MAXX：利用神经控制协同作用的运动辅助纺织品外骨骼”作为扩展摘要。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种改进的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其适合于日常生活的活动，其足够舒适以用于各种情况，并且可以容易地适应于不同的使用者和/或给定使用者的变化的医疗条件。

该问题的解决方案在独立权利要求中提出。优选实施例在从属权利要求中提出，并且也可以在整个说明书中找到。

应当注意的是，在整个说明书中，经常提及例如使用者移动他(而不是她)的肌肉。这是为了简化阅读。这并不意味着本发明的装置仅用于男性使用者。注意到这一点，应当理解，本发明的装置可以用于男性和女性，并且这些人可以是成人、青少年或儿童。

因此，在本发明的第一方面中，柔性可穿戴肌肉辅助装置具有至少可穿戴身体接口以及在其上附接的有源部件和无源部件的元件，有源部件和无源部件的元件适配为一起辅助使用者改变或保持第一身体部分铰接到第二身体部分的位置。柔性可穿戴肌肉辅助装置还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伸展并且包括用于存储由使用者和/或由至少一个有源动力元件提供的能量的弹性材料；对于这样的套装，建议将第一和第二无源部件布置在身体的关节的相对侧上。

以这种方式，通过施加附加扭矩(或通过拉动身体部分)，具有包括弹性材料的无源部件的本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置不仅将支撑移动身体的肌肉，而且也将也对身体的韧带由于身体的某些肌肉群的损伤、习得废用等而变弱的情况有帮助。这些情况不仅影响肌肉本身，而且在长期来看可能导致不正确的姿势，从而导致疼痛、身体关节的广泛磨损等。

因此，不仅在伸展于可穿戴身体接口的服装部件之间的关节处设置单个无源部件，而且设置至少两个无源部件，使得它们可以布置在关节的两个相对侧上，这允许如所指示的在定位第一身体部分时辅助也经常受损的肌肉和身体韧带两者。

因此，抵消了习得废用的风险和结果，并且，即使在使用者的一些肌肉或肌肉群虚弱或机能失调的情况下，人体的肌肉也可以以更接近地对应于健康人的运动的方式移动身体部分。

这还可以允许使用减少的辅助，导致致动器尺寸、电池尺寸等的减小，并因此导致装置的重量和成本的减小。

应当注意，可穿戴身体接口可以与使用者的皮肤直接接触，或者可穿戴身体接口可以穿戴在内衣上、衣服上等。直接在皮肤上穿戴身体接口可以是优选的，因为其避免了由可穿戴身体接口与皮肤之间的衣服褶皱引起的对使用者的刺激。

而且，如果柔性可穿戴肌肉辅助装置的至少某些部件穿戴在常规(尽管如果必要的话，尺寸过大)衣服之下，则可能更容易隐藏柔性可穿戴肌肉辅助装置的至少某些部件。这对于某些使用者是优选的。

然而，在使用者的皮肤与身体接口之间没有直接接触也是优选的，例如因为这允许使用者穿戴内衣等以便允许频繁洗衣、适应变化的环境温度等。

可穿戴身体接口可以具有比如裤子或衬衫的衣服的一般形式，但是可穿戴身体接口仅需要覆盖衬衫或裤子通常覆盖的身体部分的一部分。

身体接口可以由一层或多层纺织品、编织材料、功能材料、塑料片等组成。因此，在本说明书的一些部分中，身体接口将被称为层、服装层、基部层等。

关于服装部分，注意每个服装部分可以包括由天然纤维或人造纤维、编织或针织材料或毡、皮革等制成的织物。考虑到柔性可穿戴肌肉辅助装置具有覆盖人体的足够大的部分的身体接口的事实，本文使用术语服装，其将具有比如裤子或衬衫的整件衣服的外观和/或功能。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，如果这对于给定的使用者是优选的，术语“服装”等不应被限制为仅指整件衣服而不是其部分。

而且，应当注意，虽然可穿戴身体接口包括至少两个分离的服装部分，以例如在大腿和小腿两者处或者在上臂与前臂之间设置接口，但是可以将服装的两个部分设置为一个单件，例如，因为这些件是缝合在一起的。因此，可以设置使用者可以在很少或没有辅助的情况下容易且频繁地穿戴的身体接口。

应当注意，在仅向使用者提供一条或两条腿的辅助或者仅向使用者提供一个或两个肩或臂的辅助是不够的而是需要对至少一条臂和至少一条腿的支撑的情况下，可穿戴身体接口可以由两件组成。例如，用于上身的一件辅助肩部和/或臂，而可穿戴身体接口的另一件可用于辅助一条腿或两条腿。

这里，虽然具有用于可穿戴身体接口的分离件可能更容易，但是仍然可以具有一个公共单元，该公共单元包括将连接到身体接口的相应件的控制和有源部件，该相应件可以单独地穿上。例如，身体接口可以包括裤状件以及第二衬衫状件，裤状件包括至少两个服装部分，第一和第二无源部件在所述至少两个服装部分之间伸展，第二衬衫状件也具有结合成一个套筒的两个服装部分，使得一个服装部分靠近上臂设置，而另一个服装部分在前臂中设置有另一对第一和第二无源部件，另一对第一和第二无源部件也在这两个服装部分之间伸展。

具有例如用于辅助左腿、右腿、左臂和右臂的四个电机的有源部件可以仅具有一个电池和一个公共控制器，该公共控制器设置在例如能够穿戴在例如使用者的背部处的刚性板上，优选在可穿戴身体接口上方，并且连接到软可穿戴肌肉辅助装置的其他部分，以在致动器之间传递力、将传感器信号传递到控制器和/或从控制器传递传感器信号，并且如果需要的话，向设置在身体接口的相应部分中的传感器装置传输电力。应当理解，这种公共控制器/电池装置可以与一个或多个致动器一起使用。还应当理解，将这样的公共控器/电池装置放置在背部是优选的，因为这对于大多数使用者来说是最舒适的，但是将公共控制器/电池装置放置在别处也是可能的，例如放置在腹部、小腿前面等。

即使具有控制电路以及优选电机或其他动力致动器的这种(背部)板是刚性的，肌肉辅助装置与外骨骼相比仍将被认为是柔软的，因为可以移动关节、特别是使用者肢体的关节，而不受辅助装置的关节的影响，对于外骨骼情况就是如此。

在优选实施例中，用于辅助改变或保持其位置的柔性可穿戴肌肉辅助装置的第一身体部分是肢体。在这种情况下，该至少两个服装部分可以包括在使用时具有大致在关节远侧的位置的至少一个服装部分，而至少一个其他服装部分在使用时设置在关节的非远侧的位置。

在该身体部分是腿或臂的情况下，该关节可以是臀部或肩部。在该身体部分是臂而该关节是肩部的情况下，在使用时位于关节的大致远侧的位置处的一个服装部分可以放置在上臂或前臂处。如果该身体部分是腿而该关节是臀部，则在使用时位于关节的大致远侧的位置处的一个服装部分可以放置在例如大腿处。在这两种情况下，另一服装部分可以布置为与使用者的躯干直接对接(并因此与关节的非远侧对接)。

在其他情况下，其中柔性可穿戴肌肉辅助装置例如用于辅助伸展腿，并且因此第一身体部分是在膝盖处铰接到第二身体部分(即大腿)的小腿，一个服装部分自身可以设置在任一脚踝、脚或小腿本身处，另一服装部分可以设置在膝盖的近侧，即对接大腿。

在优选的变型中，第一和第二无源部件沿着关节伸展，使得每个无源部件的一部分位于关节的一侧上，例如在关节的前面，使得一个运动伸展第一无源部件，而同一运动减小例如布置在关节的后面的另一无源部件的伸展。因此，第一和第二部件都将在关节上施加扭矩。对于整个可能的关节角度范围未必是这种情况，并且将取决于第一和第二无源部件可以包括的弹性材料的任何预张力。应当注意的是，并不是绝对必须的是，第二和第一部件都以这样的方式被预张紧，使得通过第一和第二部件中的每一个对整个可能的关节角度范围施加扭矩。

相反，对于屈曲范围的给定部分，即当关节几乎完全伸展时或当关节几乎完全屈曲时，第一或第二无源部件可以是松弛的。

然而，通常优选的是，对于可能的关节角度范围的至少主要部分，第一和第二部件两者同时在关节上施加扭矩。例如，两个无源部件可以被预张紧，使得第一和第二无源部件中的一者施加屈曲扭矩，而第一和第二部件中的另一者在关节上施加伸展扭矩。在这种情况下，第一和第二无源部件的总扭矩将不平衡，至少对整个范围不平衡，但是在优选实施例中，在一个方向上的净扭矩施加在关节上。

通常，净扭矩将由两个无源部件提供以辅助净关节屈曲。这是特别有帮助的，因为对于大多数患者，需要柔性可穿戴肌肉辅助装置的有源部件来辅助关节伸展。例如，当上臂从垂直抬起到水平时，手臂与躯干之间的肩关节被伸展。以类似的方式，坐着的人通常具有屈曲的膝盖，而站起来使膝盖伸展，使得再次需要关节伸展来辅助从椅子上站起来。同样的情况也适用于在坐姿时屈曲更多而在站立时伸展更多的臀部。同样，如果人向前弯腰并且需要辅助来挺直，则背部脊椎的线条也可能需要稍微伸展。然后，应当注意的是，在行走时，患有肌肉活动受损的使用者所期望的以正常、缓慢的行走步态从地面抬起脚需要将髋关节和站立腿的膝盖都伸直得足够远，使得另一只脚的脚底可以容易地从地面移除。因此，行走辅助还依赖于关节伸展。将注意到，以上首先给出的活动全部将身体部分稍微抬升了至少一点；因此，所提供的辅助可以被认为是反重力辅助。而且，即使在身体部分例如仅在装置的帮助下将臂保持在抬起位置或者防止人例如在坐下时跌倒的情况下，也提供反重力辅助。

如上可见，将至少一个有源部件适适配为辅助关节伸展是有利的。有源部件包括在身体的某些部分上施加力或扭矩以改变其位置的肌腱是容易实现的。

肌腱通常将沿着柔性可穿戴的肌肉辅助装置从致动器引导到要施加力的点或区域，并且致动器通常将用于拉动肌腱。现在，由第一和第二无源部件一起提供的净辅助与至少一个有源部件的肌腱提供的用于关节伸展的力相反是特别优选的。换句话说，虽然有源部件最频繁地将提供对关节伸展的辅助，但是无源部件的净结果通常提供根据有源部件需要伸展的关节的屈曲。

以这种方式，简单地通过减少有源部件的辅助和/或通过完全释放有源部件使得身体部分可以到达静止位置，无源部件将帮助重新定位提供对抗力的相应身体部分。

可以使用本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置来帮助将身体部位定位在给定的水平位置。例如，如果使用者能够抬升其手臂，但仍然存在其不能将其手臂从他身体侧部处的水平位置移动到其身体前部的可能性。如果这种运动受损，则本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置可以辅助所描述的运动。

然而，可以预见的是，在大多数情况下，使用者在抬升手臂、从其坐下位置抬起或者挺直其身体足以开始行走时会有问题。在这些典型的情况下，肌肉将太虚弱而不能抵抗重力抬升身体或身体部分，使得柔性可穿戴肌肉辅助装置将用于辅助抵抗重力改变身体部分的位置。然而，该问题不仅存在于抵抗重力抬升身体部分时，而且存在于不论重力如何都保持身体部分的位置时。

例如，如果使用者想要梳理其头发，他通常需要抬起手臂并在梳理时将手臂保持在抬升的位置。虽然这不会对健康的使用者造成显著的问题，但是这对于具有肌肉无力的人来说可能太难了。因此，优选实施例中的柔性可穿戴肌肉辅助装置可以适配为抵抗重力在身体部位的给定位置或某些位置处支撑身体部分。

应当理解，本发明的具有引导肌腱和用于肌腱的致动器并且适配为辅助抵抗重力改变第一身体部分的位置的柔性可穿戴肌肉辅助装置也可以用于抵抗重力保持第一身体部分的位置。这里，可以简单地停止致动器的运动以在停止时保持肌腱的长度。

停止致动器可以通过无源装置来完成，该无源装置例如是防止进一步运动的机械锁定或通过向电机施加连续电力来完成。

在高度优选的实施例中，致动器将卷起被引导的肌腱，并且肌腱将以使得卷起肌腱伸展至少一个关节的方式被引导。这允许使用具有转动轴作为致动器的简单电机。在这种情况下，如果当有源部件被激活时用于屈曲关节的肌腱被允许展开，则力将通过铰接在关节处的身体部分的重量和/或附加的身体部分的重量中的至少一个和/或通过由第一和第二无源部件的共同作用提供的作为净扭矩的关节上的扭矩的非零和而施加在肌腱上。

可以允许肌腱以受控的方式展开，例如当使用者坐下时。此时，肌腱张力将缓慢减小，并且肌腱将缓慢展开，防止使用者突然在座椅上倒下。而且，将理解的是，虽然仅关节的伸展将被有源地支撑，但是在两个方向上的运动，即屈曲和伸展关节将足够快，从而对于使用者来说是可接受的。

有可能有分裂成几个肌腱的肌腱。以这种方式，例如，仅需要卷起一个肌腱用于伸展膝盖，但是需要沿着膝盖将肌腱引导成两个部分，即沿着膝盖关节左侧的第一部分和沿着膝盖关节右侧的另一个肌腱部分。同样可以例如对肘部实现。

换句话说，至少一个有源部件包括至少一个肌腱，该肌腱从矢状面的角度看在身体的一侧上被引导，并且被分成被引导到冠状面的相对侧的两个部分。

肌腱可以附接到身体接口，可以重新结合，例如以形成放置在例如人脚的一部分周围或者甚至可以被重定向到矢状面的相对侧，该矢状面允许例如在脚或脚踝或已经通过膝盖的胫骨处附接腱。

通过将肌腱级联成多个肌腱端部，特别是使得其在到达关节之前被分开，然后在其任一侧上沿着关节被引导，减小了关节本身上的压力，并且该布置在机械稳定性方面将更加稳定。

应当注意，可以使柔性可穿戴肌肉辅助装置适配为支持需要以使用比关节更少的致动器的方式同时调节多个关节角度的运动。例如，可以使用单个致动器来伸展臀部和膝盖。应当理解，减少致动器的数量将减少柔性可穿戴肌肉辅助设备的成本、重量和复杂性，导致更多的使用者更频繁地使用本发明的柔性可穿戴肌肉辅助设备。

因此，优选的是，根据本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置将适配为辅助腿的位置的改变或保持腿的位置。在肌腱通常在膝盖前面但通常在臀部后面被引导的情况下，可以在膝盖后面设置作为无源元件的拉伸带，并且可以在人的前面设置作为臀部的无源元件的拉伸带。应注意，在此上下文中，并非绝对需要设置拉伸带作为无源元件，而是无源元件也可以折衷为例如可拉伸绳。

然而，宽带是优选的，因为其施加在装置上并且因此使用者的身体上的压力将更均匀地分布，并且其也将更舒适，例如在使用者坐下的情况下。典型的宽带的宽度可以在1cm和10cm之间，优选在2.5cm和7cm之间。

在最优选的情况下，柔性可穿戴肌肉辅助装置将向改变或保持手臂或腿的位置的肌肉提供辅助。在这些情况下，受辅助肢体将具有纵向轴线。肌腱最经常地将被附接到躯干的某处(或者更准确地说，附接到放置在躯干处的基部层)。在这种情况下，肌腱将沿着肢体的对应部分的纵向轴线的主方向伸展，并且假定在卷起肌腱时肌腱必须相对于肢体移动，则肌腱将在该方向上滑动。

包括用于存储能量的弹性材料的第一和第二无源部件可以包括拉伸带和/或通过在使用时附接到身体接口的拉伸带来构建。将拉伸带用于第一和第二无源部件提供了与上述相同的优点，但是本领域技术人员将理解，也可以使用弹簧、可拉伸绳等。

在本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置的高度优选的变型中，当使用柔性可穿戴肌肉辅助装置时，注意减少对使用者所经历的对组织的剪切。关于剪切，注意有源部件的肌腱在一些条件下将施加需要施加到人体或更准确地说施加到身体接口的拉力。注意，肢体的内部部分或更靠近骨骼的其他身体部分通常将较少地受到这样的外力的影响，即它们将较少移动，使得如果力被施加到皮肤上，则可能发生人体的外部部分相对于其内部部分的运动。这被称为剪切，并且应当理解，使用本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置的舒适性可能受到这种效果的影响。

因此，优选在任何柔性可穿戴肌肉辅助装置中减少剪切的影响。即使在具有布置在身体的关节的相对侧上并且在至少两个服装部件之间伸展的第一和第二无源部件的最一般形式中，本发明也具有在身体的不同部分上施加力的有利效果，例如在关节的若干侧上施加拉力。即使在本发明的优选实施例中，由第一无源部件和第二无源部件施加的力或扭矩将彼此不同，这也有助于靠近关节的力的总体更均匀的分布，并且因此减少使用者由于剪切而产生的不愉快体验。另外，至少一个服装部分围绕肢体的至少一部分是优选的。

然后，在优选实施例中可以设置收缩元件来收缩相应的服装部分。服装部分不需要完全围绕肢体部分，并且可以例如仅覆盖其一部分。通过使肢体圆周的一部分不被覆盖，允许更多的蒸腾，某些医学检查变得可能等等，并且将更容易穿上柔性可穿戴肌肉辅助装置。然而，力的分布可能变得更加不均匀，导致剪切。

可以在重叠衣服的区域中使用钩和桩紧固件(例如，尼龙搭扣固件)通过服装部分覆盖肢体的整个圆周。如果服装部分中的至少一个至少部分地(例如超过一半的周长，优选至少其三分之二)围绕肢体的一部分，则可以设置收紧服装部分围绕肢体的配合的收缩元件。这更加消除了比如剪切的不利影响。

基本上，一旦使用者已经穿上柔性可穿戴肌肉辅助装置，就可以简单地张紧收缩元件。这在一定程度上可以实现。然而，如果收缩元件太强，即使没有剪切，这也将使使用者不舒服，并且还将限制通过肢体的血流。在使用者的感觉功能受损和/或使用者自身不能传达不适或调节柔性可穿戴肌肉辅助装置的情况下，这将是尤其灾难性的。

因此，在特别优选的实施例中，高度优选的是，以减少这种不利影响的方式设计收缩元件。为此，可以将收缩元件嵌入服装部分本身中，特别是作为纺织织物的一体部分。收缩元件可以可拆卸地或固定地连接到无源力部件，如果无源力部件施加的力增加，则该无源力部件允许将收缩元件紧固在肢体周围。而且，可以将收缩元件连接到有源肌腱或连接到有源部件的一部分。

从上文可以理解，在优选实施例中，其中有源部件的肌腱沿着肢体的纵向轴线延伸，收缩元件可以大致垂直于肢体的纵向轴线定向，以便在使用时保持服装部分的位置。还应当注意，收缩元件可以被预张紧到一定水平，并且可以使用带扣状带作为收缩元件。

然后，应当注意，存在减少剪切对使用者的不利影响的其他可能性。除了上述建议之外，可以使用这些其他可能性，和/或可以单独使用这些其他可能性。

注意，在优选实施例中，可以在使用者的身体和肌腱之间设置滑动板。这将减少肌腱的摩擦，减少由发热引起的磨损和不适，并且将平衡由肌腱引起的压力。可以沿着锯齿形图案引导有源肌腱至少其长度的一部分，特别是使得-类似于鞋带-在肌腱处拉动将服装部分的两个端部或可以在滑动板上移动的元件拉到一起，这有助于围绕肢体收紧衣服。

应当注意的是，柔性可穿戴肌肉辅助装置通常将被认为是装置越软越舒适。例如，当使用者处于放松位置时，仅有他身体的轻微运动，其中其能够在没有辅助的情况下移动，可穿戴的肌肉辅助设备应当尽可能地柔软。相反，在需要辅助使用者的情况下，设备可以不软到损害辅助。

因此，柔性可穿戴肌肉辅助装置的刚度或柔软度将取决于其当前用途是高度优选的。

柔性可穿戴肌肉辅助装置的至少一部分的总体刚度可以随时间改变也是高度优选的。这可以例如并且在优选实施例中通过包括多个层或板层的身体接口来实现，所述多个层或板层一起适配为改变总体刚度。如果多板层布置具有相对于彼此滑动层，则主体接口将给出具有相当低刚度的柔性印象。相反，在板层彼此具有强相互作用的情况下，即它们彼此粘附或粘附、彼此强烈吸引、具有彼此面对的粗糙表面等，将不可能独立地弯曲或变形板层，并且总刚度将高得多。

应当注意，可以引起所谓的层阻塞(使用传统的技术术语“层”，尽管身体接口可以被认为具有板层而不是层)。

除了允许改变柔性可穿戴肌肉辅助装置的至少一部分的总刚度的多个层之外，和/或作为对此的替代，身体接口可以包括一个或多个收紧元件，该收紧元件适配为特别是在当肌腱被卷起时有源肌腱被拉紧或施加拉力的情况下自动收紧。

此外，应当注意，在身体接口设置有一个或多个板，特别是各向异性板的情况下，这些板也可以用于将剪切力转换成法向力，并且当施加在帮助定位身体部位的方向上有效的力时，剪切力可以减小，该方向通常有助于伸展关节。

应当注意，包括弹性材料和存储能量的无源部件可以布置成靠近臀部、踝关节、肩部和/或肘部中的至少一个。这些弹性材料可以被预张紧，例如在身体部分的先前运动期间，例如用于相关关节的屈曲。然后，当穿戴本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置的使用者需要辅助时，例如在伸展关节的同时，他们可以对身体进行工作。

因此，在辅助使用者抵抗重力定位身体部分的同时释放能量有助于补偿相关联的腿或臂的重量，减少装置的能量消耗，或减少提供特别大的电池的必要性，减少电路和/或电机等上的热负荷等。

应当注意的是，至少一些有源部件通常将被布置为辅助那些使身体部分抵抗其自身重量或另一铰接身体部分的重量而移动或保持身体部分的肌肉。例如，在提供辅助以抬升上臂的情况下，可能需要考虑手和前臂的额外重量。

如上所述，柔性可穿戴肌肉辅助装置的使用不限于第一身体部分仅经由一个关节直接铰接到第二身体部分的情况。例如，在小腿或下腿的运动中需要给予主要辅助的情况下，因为移动下腿的肌肉群特别弱，所以帮助本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置的使用者改变或保持小腿的位置以及大腿的位置可能仍然是有益的和合理的。

在有源部件还适配为改变或保持膝盖和臀部两者的角位置的情况下，优选地仅使用一个致动器。相同的柔性可穿戴肌肉辅助装置可以用于仅需要下腿辅助的第一组患者和需要辅助以移动下腿和大腿两者的第二组使用者。

在高度优选的实施例中，肌腱在一个或多个低摩擦护套中被引导，这些护套中的至少一些部分地附接到服装部分中的至少一个。换句话说，护套将以限定肌腱伸展的位置的方式固定到服装部分。因此，通过将护套连接到服装部分，更容易穿上本发明的护甲或柔性可穿戴肌肉辅助装置。而且，肌腱将容易地停留在正确的位置。

在高度优选的实施例中，肌腱在松弛护套中被引导，这些松弛护套中的至少一些优选至少部分地附接到服装部分中的至少一个。使用松弛护套是可能的，因为肌腱仅需要被拉动，并且不需要将推力从致动器传递到待移动的身体部分处的端点。

换句话说，没有必要使用其他护甲常用的鲍登线缆。这种鲍登拉线是刚性的，因此通常是不舒适的来源。使用仅在一个方向上(即通过拉动)提供辅助的肌腱是可能的，特别是由于提供有源和无源部件，在优选实施例中的无源部件能够提供与激活肌腱的效果相反的力。

提供用于至少一个致动器和/或用于至少一个致动器的电池的刚性载体板是可能的并且是优选的。致动器和电池都相当重，具有比本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置的服装或其他部分更高的密度。因此，在优选的布置中，重量和对使用者身体的任何压力应该均匀地分布在大面积上。这可以使用上述载体板来实现。

在高度优选的实施例中，致动器是电机。使用电机节省了重量和成本。在优选实施例中，提供一个致动器控制器，该致动器控制器布置为响应于从传感器装置导出的信号来致动一个或多个致动器。该传感器装置将适于产生指示存在于第一身体部分和第二身体部分之间的关节的角度中的至少一个的信号。在第一身体部分和第二身体部分之间存在多于一个关节的情况下，可以确定多个关节或每个关节的角度。此外，可以测量关节的绝对角度或绝对角度的变化。此外，可以测量第一身体部分的绝对运动和/或测量第一身体部分相对于第二身体部分的运动。应当理解，在要测量第一身体部分相对于第二身体部分的运动的情况下，提供多个传感器可能是必要的或有帮助的，其中至少一个传感器设置在第一身体部分处，而另一个传感器设置在第二身体部分处。

而且，可以不简单地测量第一(辅助)身体部分的运动，而是从其他身体部分的运动导出用于控制致动器的信号，例如，以便检测使用者的躯干是否在摆动。

然后，可以检测与第一身体部分的运动或位置和/或位置相关的身体部分上的压力。例如，在本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置用于辅助使用者行走的情况下，可以检测脚底上的压力分布。这可以用于识别脚当前是否从地面抬升，是否观测到恒定压力，指示使用者静止站立的恒定压力或恒定压力分布。

如果可以导出对一个或两个脚底上的总压力的测量结果，则可以区分给定使用者的脚是否在地面上、其是否坐着或其是否站着。

此外，识别压力分布和/或识别压力超过某些阈值，可以识别和区分站起、坐下、站立或行走的某些阶段。

注意，在特别优选的实施例中，其中柔性可穿戴肌肉辅助装置用于以辅助将脚从地面抬升的方式辅助行走，优选仅在已经确定另一只脚与地面具有足够牢固的接触的情况下提供将脚从地面抬升的辅助。在传感器信号难以解释并且必须在致动和/或释放致动器之前获得对使用者的当前姿势的清楚理解以便防止使用者在坐下等时跌倒、陷落在椅子上的情况下，这是特别有帮助的。

而且，将理解，包括产生与不同身体部分、不同参数等相关的不同传感器信号的多个传感器的传感器装置可以有助于识别姿态并因此以适当的方式控制致动器。

在传感器装置具有多个传感器并且还具有对应的信号调节电路以及一个或多个模数转换器的情况下，致动器控制可以使用数字电路来实现，例如作为用于微控制器装置的软件。

传感器装置可以被解释和理解为传感器阵列，但是本领域技术人员将理解，不必将传感器布置成精确的列、行等。

此外，可以使用具有多个不同传感器的传感器装置，例如来自运动传感器、三轴加速度计、惯性测量单元(IMU)的组中的不同元件的至少两个。

应当理解，虽然传感器在可再现的条件下产生良好的信噪比，但是在识别使用者的当前位置或姿势时可能仍然存在很大的不确定性，部分地由于柔软的可穿戴肌肉辅助设备是柔软的并且传感器被附接在服装的柔性且因此移动的部分处。因此，存在任何传感器测量受到不利影响的可能性，因此必须小心地校正这种变化。然而，特别优选的是，如果套装用于日常生活的各种任务和活动，并且因此控制电路优选适配为识别给定的步幅、站姿、姿势等，并且响应于传感器信号以高确定性识别行走期间的站姿或摆动阶段。

应当注意，为了识别多个不同活动中的一个，可以在穿戴本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置时辅助使用者，和/或为了识别所识别的周期性运动的相位，优选检测身体的某些部分(例如大腿、小腿、腿、髋关节或膝盖)的角速度的过零点，和/或检测这种角速度的组合的角速度的过零点。

应当理解，为了避免对以这种方式导出的数据的误解，可以假设仅在改变角速度的符号之后获得的角速度与零角速度充分不同的情况下才发生过零。这种优选的检测方式避免了来自特定步行速度下的多个交叉、由于振荡和摆动引起的多个过零点等的问题。应当注意，本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置优选具有控制器，该控制器能够适配为存储给定关节的允许的预定上和下角度，并且适配为将指示当前关节角度或关节角度变化的传感器信息与所述存储的上和下允许关节角度进行比较，以便防止致动器以对关节造成损害的方式致动。还应当理解，可以限定身体部分(例如腿)的模型，并且可以针对步态周期(或更一般地，运动周期)期间的任何给定阶段或时段导出不同的允许或有用关节角度，使得控制器可以适配为响应于从特定模型确定的一个或多个关节的这些变化的上角度和下角度来激励致动器。这种模型导出的范围可以在使用之前存储或在运行中计算以确定当前允许的上和/或下关节角度。

根据本发明的另一个方面并且在其优选实施例中，提出了一种柔性可穿戴肌肉辅助装置，其具有在辅助使用者期间能够经由电信号来控制的至少一个元件、适配为提供指示使用者需要辅助的信号的传感器部件、适配为响应于由传感器组件提供的指示使用者需要辅助的信号而在辅助期间提供电信号的控制器。这种柔性可穿戴肌肉辅助装置布置为使得传感器部件至少包括第一和第二传感器，两者适配为提供指示肢体或肢体的一部分的绝对取向、肢体或肢体的一部分相对于身体的另一部分的取向、关节角度、身体部分的位置、速度或加速度中的至少一者的传感器信号，第一和第二传感器彼此间隔开，使得在使用时至少一个关节存在于第一和第二传感器之间或第一和第二传感器设置在相邻关节处；并且设置信号调节电路，信号调节电路经布置为将相应传感器信号的至少两个流输入到控制器中，第一传感器信号流在身体部分的运动周期期间响应于来自第一传感器的传感器信号而提供至少10个不同值的传感器信号值，并且第二传感器信号流在身体部分的运动周期期间响应于来自第二传感器的传感器信号而提供至少10个不同的传感器信号值，控制器适配为通过在周期运动期间评估来自两个流的多个值响应于至少两个传感器信号流来识别当前辅助需要。

评估来自不同传感器的信号有助于识别使用者当前参与的日常生活活动。此外，评估流而不是单个值使得能够识别使用者当前参与的活动的阶段。它还允许识别与活动的典型进度的偏差。例如，可以容易地检测到使用者在运动中停止或者使用者在运动期间突然作出反应，例如在街上行走时避开自行车。在数据流的帮助下识别这样的偏差允许非常快地反应。

典型地，数据流将具有至少10Hz的采样率。这足以粗略估计例如步态阶段。然而，较高的采样率是优选的，并且典型地，50-100Hz的速率是优选的。具体而言，在考虑过零点的情况下，较高的采样率允许更好地区分真正的过零点与仅围绕零的波动，而不需要等待较长时间或过早反应。高于几100Hz(比如高于400Hz)的采样率通常在识别活动时不带来任何优点。

在使用合适的传感器(比如IMU)直接确定关节角度或从其他测量间接确定关节角度的情况下，可以考虑角度本身、角速度、角速度的过零点和/或角加速度。足够高的采样率允许以足够的精度计算角速度和角加速度两者。应当注意，特定活动的识别或活动的特定阶段的识别不必仅依赖于例如以下之一：角速度、角速度的过零点和/或角加速度。相反，已经发现，在检测到关节或肢体的角速度具有小值的情况下，优选使用绝对角度来代替。以此方式，特定活动或其阶段的确定确实较少受到传感器等的振荡的影响，传感器等的振荡例如在传感器附接到由于下面的肌肉的张紧而移位的大腿的情况下引起。应当理解，当利用附着在胫骨附近的传感器进行测量时，将观察到较小的可变性。

然而，即使当使用附着在胫骨附近的传感器时，传感器信号也可能由于例如以下原因而受损：脚的触地撞击。此外，应当注意，具体地，当要识别当前活动时，使用者已经开始使用其自己的肌肉，应当尽快进行这种识别，以便在循环运动的早期阶段期间已经提供足够的辅助。

这里，尽管附接在大腿处的传感器(特别是感测角位移、角速度或角加速度的传感器)易于产生经受较高可变性的信号，但是将传感器附接在大腿处是有利的，因为大腿将在步幅的早期阶段期间经历其取向的较大变化。因此，对于用于辅助涉及腿的活动(比如步行、坐在椅子上、从椅子上站起来、站立、上或下楼梯)的本发明的柔性可穿戴肌肉辅助装置以及用于这种柔性可穿戴肌肉辅助装置的特定优选控制器，至少一个传感器提供指示角度(例如，相对于地面或臀部)或大腿的定向或其角速度或角加速度中的至少一个的信号通常是优选的。而且，假定这样的信号具有很大的可变性，则优选对信号进行滤波和/或检测某些阈值的交叉，比如过零点。

可以利用比如巴特沃斯滤波器的没有或几乎没有延迟的滤波器来进行滤波。如果延迟相对于周期活动的长度和/或在有源期间对于给定布置理论上可能的有源支撑阶段的长度是短的，则认为延迟对于本发明的目的是足够小的。可能的有源支持阶段是给定致动器实际上可以在物理意义上进行工作的阶段。将会理解，具有有限数量的有源致动器的柔性可穿戴肌肉辅助装置可以用于仅在活动周期的特定部分期间(例如当抬升腿时)进行工作，而柔性可穿戴肌肉辅助装置的给定机械布置不允许在使用其有源部件的其他阶段期间进行工作。

典型地，可能的有源支撑阶段将持续周期活动(比如步幅)的长度的至少10％，并且优选地，支撑阶段持续该阶段的至少15％、特别是至少20％。因此，当支撑行走时，延迟不应持续超过步幅的10％、步幅的7.5％或步幅的5％，或者如果支撑另一周期活动，则不应超过10％、7.5％或5％。

应当注意，对于不同的活动，需要不同形式的支撑，即，由不同致动器和/或部件施加的力的定时和/或强度将是不同的。一旦已经通过参考来自多个传感器(比如运动传感器、IMU等)的信号识别了特定的周期性活动，就可以基于模型(优选地，考虑特定于给定使用者的某些参数的模型，比如身体大小、身体部分的大小(比如胫部和大腿的长度)、健康状况(比如冠状动脉问题、呼吸问题)一般健身)来预测所需的支持，并且基于该模型，控制可以生成和输出足够的用于控制致动器的致动的信号。基于传感器信号识别出使用者当前正参与某一活动(比如行走)的控制器的输出可以是比如根据随后周期的模型提供所需的辅助，但是控制器将连续地检查是否基于输入到控制器中的当前调节的传感器信号需要改变支撑件，例如。因为使用者加速/减速，开始爬楼梯等。而且，只有在满足特定条件时才有可能触发对新周期的支持。例如，当在行走中提供辅助时，建议仅在检测到使用者已经将先前在跨步的摆动阶段期间从地面抬起的脚稳固地放回到地面上时才开始新跨步的支撑，以便避免危险情况。

因此，应当理解，在周期活动的初始周期期间的辅助可能与在识别特定活动和识别和选择适当模型或确定与致动器的激活相关的建模参数之后的周期期间提供的辅助稍有不同。如果至少对于后续周期满足条件，则可以认为检测延迟较短。

应注意，在典型且优选的实施例中，支撑件，例如，通过施加到施加扭矩的肌腱的拉力，可以在支撑阶段期间通过不仅简单地打开或关闭用作致动器的电机，而且通过以受控的方式逐渐改变由电机产生的扭矩(即，在实施数字控制的情况下，经由至少2个不同的中间步骤，优选地经由至少4个中间步骤，在至少25％的有源支撑时间之间改变扭矩(或电机功率)来控制，例如有源支撑的25％。以这种方式，使用者不会体验到急动的支撑，因此增加了使用的舒适性。应当注意，为了这样做，周期运动的实际相位应当优选是已知的。而且，特别是在要辅助的具有障碍的使用者的情况下，应当注意允许对未预测的事件(比如遇到(甚至微小的)障碍、翻滚、意外摇摆等)做出反应。

因此，非常优选的是提供延长的有源支持阶段，以不仅确定当前运动的阶段，而且响应于指示整个身体或一个或多个身体部分的当前运动和/或取向或加速度的实际确定的传感器信号，并且进一步调整控制以响应于这样的传感器信号来调节和/或激活致动器。

此外，可以使用控制来定时有源部件的肌腱的解开，使得即使不进行工作，有源致动器的支撑或辅助也可以更长或更短。除了允许解开之外，还可以控制致动器以在一定时间内保持肌腱的长度。应当注意，如果提供编码器用于测量电机的轴的转动角度，则可以估计肌腱的长度。

还应注意的是，使控制器的响应适应于周期的速度是有利的。例如，更快行走的使用者不仅将需要更短阶段的有源支持和更频繁的时间支持阶段，而且还需要支持曲线的不同运行(即，例如，施加到电机的功率将是不同的，即使适当地缩放)。而且，控制器对传感器信号的响应可以随着周期的速度而变化，因为例如当以比通常更高或更慢的速度行走时，可能需要改变允许的关节角度范围，以改变确定脚触地或抬升脚的条件。因此，优选的是，控制器适于确定使用者进行的周期活动的速度并且适配为在致动器的致动期间允许的关节角度的参数范围中的至少一个、或者用于确定脚触地事件或脚抬升事件的条件、或者在周期的给定阶段期间致动器的致动强度。以这种方式，显著地改善了对残疾人的支持。

因此，如果延迟将不长于周期活动的周期时间的大约10％，比如步行中的步幅时间，优选分别小于周期时间的大约5％并且特别地小于3％、2％和1％，则可以认为延迟是短的。优选的是，有源支撑阶段由于延迟而缩短不超过可能的有源支撑时间的25％，优选小于有源支撑时间的20％，特别是小于支撑时间的10％、5％或2％。将注意到，对于尽管需要辅助但通常仅需要很少支撑的患者，更剧烈地缩短有源支撑时间是可接受的。此外，应注意，在有源支撑阶段期间可以由柔性可穿戴肌肉辅助装置进行的工作可以随时间变化，并且即使通过不支撑最初10％的可能有源支撑时间而缩短了实际支撑时间，也可以获得在所影响的工作方面的总体显著支撑。

如果满足条件—有源支撑时间的可接受缩短或与有源周期长度相关的延迟—或者如果同时满足两个条件，则可以认为延迟足够短。

当对信号进行滤波时，可以优选更高阶的滤波器，例如3阶或4阶滤波器。典型地，滤波器将是低通滤波器，因为周期活动相当慢。截止频率可以低于30Hz，并且优选地具有甚至更低的截止频率，比如20Hz或者甚至10Hz。然而，使用过低的截止频率将抑制指示与典型模型行为的预期或所需偏差的信号。因此，优选具有高于5Hz、优选至少10Hz的低截止频率。应当注意，所有或仅一些传感器信号可以经受滤波，并且不同滤波器可以与不同传感器一起使用。

然后，应当注意，控制器可以适配为在周期活动的不同阶段期间响应不同的传感器或传感器信号。例如，在向使用者提供行走辅助的情况下，控制器可以响应于检测到大腿的角速度的过零点而启动下一周期，并且然后可以响应于胫骨的角速度而确定在该周期期间致动器的致动强度。以这种方式，可以获得对新步幅的开始的快速反应和在多个步幅上具有较小变化的精确定时辅助，从而改善使用者体验。

而且，仅当响应于从使用者的双腿或腿的部分获得的传感器信号已经可靠地识别出站立阶段时，控制器才可以开始辅助下一步幅。

该控制器可以适配为在A/D转换之后或通过使用模拟电路来数字地实现滤波。

由于某些传感器信号易于由于所提及的效应而产生噪声或变化，因此可能优选的是，控制器根据所检测的某些参数的当前值来响应不同的传感器信号。例如，如果大腿的角速度低于70°/s、优选低于60°/s、特别是低于50°/s，则大腿的角速度可以由于受到过高的噪声水平的影响而被忽略。如果大腿的角速度变得低于该阈值，则可以改为考虑该角度。此外，当考虑绝对角度的过零点时，限定在认为肯定发生过零点之前必须超过至少一次的除零之外的值可能是有用的。

因此，在一个方面中，以上公开的内容还可以被认为是一种用于抵抗重力支撑使用者的肢体的装置，包括至少两个服装元件和附接在服装元件中的两个相邻服装元件之间的至少一个无源力元件以及具有至少一个有源元件的这种装置。

应当注意，本发明的一个方面可以被视为基于这样的认识(而不将本发明限制为这种方面)，即，旨在改善具有肌肉无力的患者的生活质量的用于解决方案的装置可以基于无源元件，并且可以进一步组合外骨骼和护甲的强度作为附加的元件层。当使用可穿戴、轻质且低成本的解决方案进行日常生活活动时，根据此方面的装置可以用于任何肢体，用于腿和臂两者。

在该方面，一种用于抵抗重力支撑使用者的肢体的设备包括至少两个服装元件和附接在所述服装元件的两个相邻服装元件之间的至少一个无源力元件。优选地，在该方面，无源力元件是拉伸带或弹簧。衣服元件可以包括将相关联的服装元件保持在适当位置的收缩元件，其中，收缩元件基本上垂直于相关联的肢体部分的纵向轴线定向。这种收缩元件可以是以束腹的方式设置和附接的线缆，特别是在内服装层上。服装元件然后可以包括刚性诱导板和/或滑动板，该刚性诱导板和/或滑动板设置在使用者的皮与服装元件的收缩元件之间，该收缩元件可以垂直于相关肢体部分的纵向方向定向。

该方面或实施例的设备还可以包括至少一个有源支撑件，该有源支撑件具有附接在一个服装元件处并由张力致动器致动的肌腱，其中，肌腱被引导到至少一个相邻的服装元件，其中，在该方面中，对于每一个张力致动器，存在作为相对于相关联的肌腱部分的对抗无源力元件的无源力元件。

在该方面或实施例中，这样的装置可以具有在低摩擦护套中引导的肌腱，其中，这些护套优选至少部分地附接到相应的服装部分。在该方面中，每个肌腱通常在使用者身体的一侧上根据其用于第一服装层的矢状面被引导，然后分成两个部分，其中这两个肌腱部分在相关肢体的冠状面的相对侧上被引导，以在所述矢状面的相对侧上重新结合成一个单个肌腱，以在相邻服装层上被引导。这是由于这样的事实，即当行走或从坐到站改变姿势时，臀部的主轴线抬起大腿，而小腿相对于大腿降低时，使得为了帮助人抬起到竖直位置，肌腱可以在膝盖前面但在臀部后面被引导，而膝盖上的更强的拉伸带在膝盖后面，并且大腿的更强的拉伸带在人前面，无论是否优选地在后面提供拉伸带。由于避免剪切力是有利的，如果肌腱在相应肢体部分的纵向轴线的主方向的方向上滑动，则可以是优选的；优选地，服装元件包括设置在使用者的皮肤与肌腱之间的滑动板。为了进一步减小剪切力，肌腱或肌腱部分可以在所述滑动板上以十字形或锯齿形图案被引导。

优选地，根据该方面或实施例，每个拉力致动器附接在一个相邻或相对的服装层元件处，或者引导方向改变元件附接在引导相关联的肌腱的所述相邻或相对的服装层元件处，使得拉力致动器然后可以固定在设备处的任何位置处。

根据本发明的一个方面，所述设备可以包括控制单元和附接到所述服装元件中的一个的至少一个传感器，其中所述至少一个传感器被配置为或适配为检测与所述服装元件相关联的肢体部分的角度，和/或所述传感器被配置未或适配为检测和/或表征与所述肢体元件相关联的肢体或其部分的运动的角度或角度的变化，针对多个关节(优选地针对每个关节)存储授权的预定角度间隔和/或允许的上值和/或下值，并且优选地针对一组关节存储预定角度间隔，在优选实施例中，这些间隔例如随步态或运动阶段或运动速度变化，控制其适配为将所有或某些关节的传感器信息与所述存储的间隔或极限进行比较，并且如果角度值离开预定阈值或间隔中的一个，则阻止拉力致动器例如避免配备该设备的使用者跌倒。

如果根据一个或多个实施例或方面的系统使用适配为根据使用者的需要动态地调整其刚度和/或支持水平的多层(优选地，三层)架构，则是有利的。每一层可以包括其自身具有创造性的特征，并且可用于如将在整个说明书中描述的三个层中的两个层的独立解决方案或解决方案中。

根据优选方面的服装的一个优点尤其依赖于剪切力的最小化，因为剪切力可能引起疼痛和不适，以及提供辅助的法向力的最大化，例如抵抗重力。此外，该设计允许辅助力不仅仅是小的爆发力—在穿着护甲的步态周期的特定阶段期间施加—而是在使用者的腿或臂的整个运动中施加，或者至少在运动周期或周期的延长部分中施加。

三层装置可以结合护甲和外骨骼技术的优点，以提供外骨骼与护甲的柔性接口的连续辅助。然而，与常规护甲不同，根据优选方面的设备使可能引起不适的剪切力最小化并且使提供辅助的法向力最大化。通过控制连续辅助的水平，当逆着重力移动时，该设备可以更好且更容易地辅助其使用者(例如，从椅子上站起来或者举起他们的手臂去梳理他们的头发)，当重力移动的时候(例如，坐在椅子上或从架子上放下物体)而不跌倒。

根据本发明的一个方面的多关节层架构主动地辅助抵抗重力，并且以最少数量的致动器为其使用者提供稳定性。

优选方面的设备实现了独立使用或组合使用的三层架构：基部层、韧带层和动力层。

基部层在优选方面与使用者的皮肤对接，并提供设计成向使用者提供全天舒适性的舒适的服装类似的感觉；该层可以使用使温度和湿度控制最大化的透气材料。

优选方面的韧带层类似于身体中的韧带，并且根据使用者对移动性的需要提供不同水平的支撑和无源阻力。

最后，优选方面的动力层从身体的肌肉-肌腱设计借用，并且使用一系列穿过使用者的关节并且优选由力控制的电机致动的筋状肌腱。

当组合在一个系统中时，优选方面的三层的工作类似于一对对抗的肌肉，以调节生物关节周围的刚度，并因此在没有刚性框架的情况下提供结构稳定性。通过手动增加人关节周围的刚度，该装置能够模拟肌肉的共同收缩，这转而提供了稳定性。

优选方面的基部层是与着装或未着装人体的直接接口，并为韧带和动力层建立基础。由于剪切力容易引起疼痛和不适，该层设计成使剪切力最小化和/或将剪切力转化为法向力。这可以通过集成功能性纺织品和/或半刚性各向异性板来实现，该各向异性板将剪切力从服装的动力层转换为作用在使用者身体上的法向力。在优选方面，基部层包括垂直于动力层的肌腱的多个肌腱或收缩元件，所述多个肌腱或收缩元件布置为当在辅助期间需要高的力水平时自动收紧。它还包括基于层阻塞方法的一系列入口，以自适应地改变刚度并考虑在运动期间发生的肌肉体积的任何变化，同时避免广泛的组织压缩。换句话说，当提供有源辅助时，身体接口适配为收紧。该收紧可以由肌肉活动、致动器和/或其他协同作用部件的活动引起，而不需要额外致动收紧装置。然而，还可以通过使基部层的主体接口的多个层(或多个层)阻塞来引起收紧。这种阻塞可以由进入入口的适当输入主动引起，在入口处提供具有这种入口的阻塞层。适当的输入可以是加压流体、静电荷等。这种独特的方法提高了系统的性能、使用者的舒适度和整体安全性。

在上身中，基部层的结构也可以用于支撑弱化的韧带。例如，在肩胛骨中，如果这是必要的，基部层可以增加肩关节的刚度以改善力从肌肉到骨骼的传递。增加的刚度有助于支撑韧带并允许肌肉以较少的努力施加力。

与常规护甲不同，根据优选方面的设备能够提供高的力水平，该力水平能够在非常大的程度上替代使用者的肌肉无力需要，尽管通常仅提供一些附加的辅助。这尤其是由于基部层的特定结构。

在优选方面，韧带层由弹性材料构成，该弹性材料靠近或位于例如腿的臀部、膝盖和/或踝关节，和/或臂的肩部和/或肘部和/或肘关节。这使得根据优选方面的设备能够在能够被释放以补偿腿和/或臂的重量的运动期间存储能量。

最后，动力层辅助主要的反重力肌肉并与韧带层相对。

虽然基部层以及基部层和韧带层的组合可以提供用于改善使用者的移动性的解决方案，但是使用所有三个层可以实现最好的结果。

根据本发明的某些方面提供的对抗结构增加了稳定性并有助于稳定身体和平衡躯干。此外，动力层可以将其能量的一部分存储在韧带层中。

然后，当使用者需要对腿(例如在在摆动阶段)或臂(例如当延伸肘部时)进行支撑或重量补偿时，能量可以被释放。

肌腱穿过基部层和/或沿着基部层布线，使得一端附接到动力源(即致动器)，然后级联成穿过关节布线并最终附接到基部层的多个肌腱。

在控制软件方面，根据本发明的具有动力层的设备可以使用基于力的编程控制器，该控制器协调关节的刚度，以便实现抵抗重力的连续支撑。

控制器可以使用以估计使用者的姿势和/或运动意图或当前运动的方式使用的阵列或多个运动和力传感器。基于该信息，设备的动力层控制器可以判断如何最佳地支持使用者的运动，例如通过调整所施加的力和关节的刚度。传感器设置可以包括IMU(惯性测量单元)，IMU位于腿的小腿和大腿段以测量腿的运动学，IMU位于上臂和前臂以测量臂的运动学，并且IMU位于身体的质心以测量躯干运动。可以在每个肌腱处放置载荷传感器来测量动力层的力。动力层的电机中的编码器可以连续地测量致动器的电机轴的转动位置，从而估计肌腱的长度。载荷传感器和编码器的组合和/或编码器信号单独允许对系统中的刚度和/或力水平的精细控制。

除了将使用者保持在稳定位置之外，受控的、优选地力受控的系统可以提供针对使用者在日常生活活动期间的需要的特定力分布。换句话说，可以控制一个或多个协调使用的致动器的致动，以选择性地支撑或辅助日常生活的多种活动中的一个或几个。

根据优选方面的设备可以通过容易地允许限定设备的各种版本来适应多个使用者的需要。存在基本的区别，使得使用者可以在例如仅腿部、仅臂部或腿和臂版本的设备。此外，使用者可以在服装/设备的非致动(基部层和韧带层)和致动(基部层、韧带层和动力层)版本之间进行选择。可以根据需要辅助左侧和/或右侧。适应不同尺寸是很简单的。应当理解，并非绝对需要为每个使用者定制每个装置，而是尽管使用者的需要有很大的变化，但是仅需要少量的基本设计和/或尺寸变化。

在一个方面，身体接口或“基部层”形成韧带及动力层与人体之间的接口。非致动层和致动层可以一起使用或分开使用。套装的不同版本的协助水平可以例如通过调整或控制或调节韧带层中的弹性元件的刚度以及肌腱到动力层的生物关节的距离来调节。

从康复的观点来看，对于一些使用者来说，仅使用该套装的非致动版本可能是有益的。这是根据本发明的设备的最轻版本，因为在当前实施例中动力层单独占重量的大约70％。已经发现该设备的仅腿版本的示例仅重5kg；这远低于2016年市场上最轻外骨骼重量的一半。利用根据本发明的一个方面的动力版本的装置，可以实现关于平衡躯干、直立稳定性和对抗重力的运动的极好辅助。

根据本发明的设备优选总是设置有多个传感器，这些传感器可以集成在层中或层上。该传感器设置允许控制根据优选方面的设备的有源层部分，并且还可以用于监视使用者。也就是说，在优选方面，其灵敏度和/或对传感器信号的响应可以利用任何计算机、平板电脑或移动电话容易地设置。这还可以用于在训练期间或在日常生活中使用装置或套装时对使用者进行快速评估。根据优选实施例的设备的非致动形式中的传感器的数量可以减少，而不会显著影响由套装提供的辅助。应当注意，虽然在某些套装中不能提供依赖于通过在肌腱处拉动而在身体部分上施加力的致动的有源辅助，但提供例如服装层片的受控收紧，以便改善例如身体稳定性。

附图说明

下面参照附图描述本发明的优选实施例，附图的目的是说明本发明的当前优选实施例，而不是限制本发明。在附图中，

图1示出了具有根据本发明实施例的三层设备的使用者的腿的示意图；

图2示出了根据图1的三层设备在两个不同弯曲位置的两个示意图；

图3示出了示出由图1的实施例的动力层施加的力的两个另外的图；

图4示出了在根据本发明的实施例的设备内使用的支持辅助控制单元的图；

图5A、图5B、图5C示出了本发明实施例的设备的不同层的元件；

图6示出了处于弯曲位置的使用者，其具有与图1中类似的力和力矩解释；

图7A和图7B在前平面图和矢状平面图中示出了根据另一实施例的用于臂的三层设备的两个示意图；

图8示出了具有根据本发明另一实施例的用于支撑手臂的三层设备的使用者躯干的示意性侧视图；

图9示出了作用在单个关节上的一般工作原理；

图10示出了具有无源层和服装层以及具有有源部件的关节的一般情况。

图11A示出了使用根据本发明实施例的设备时处于部分弯曲位置的腿的示意图；

图11B示出了处于更直位置的图11A的腿的示意图；

图11C示出了当使用根据本发明实施例的设备时处于部分弯曲位置的臂的示意图；

图12示出了通过服装层实现的激活的原理；

图13示出了用于增加关节刚度以抵消重力的叠层的示意图；

图14示出了人行走的步态周期，包括站立和摆动阶段的识别；

图15示出了从坐到站的循环；

图16示出了用于柔性可穿戴肌肉辅助装置的一个可能实施例的沿矢状平面的力的锚定；这里，力分布在三个层之间：服装层、韧带层和动力层，并且从肩部分布到足部；

图17示出了将剪切力转换为法向力的力分布模型的原理；施加在侧部上的两个切向力(F)通过袖带状系统的结构被转换成施加在使用者上的主要法向的力(sigma_n)；和

图18示出了关节(T_关节)处的扭矩作为外部扭矩(T_重力)、作用在关节上的使用者肌肉的扭矩(T_肌肉)和柔性可穿戴肌肉辅助装置的贡献(T_肌腱+T_动力)的组合的模型；传递到关节的总功率可以基于由使用者进行的活动而被调节为正功率(动力+)或负功率(动力-)，这取决于关节的角度是增大还是减小；如示意图所示，当该给定关节的角度减小时，能量存储在韧带(T_肌腱)中，一旦关节角度增大，能量被释放。

具体实施方式

本发明涉及一种在一个实施例中用于行走的柔性可穿戴肌肉辅助装置。为了理解柔性可穿戴的肌肉辅助装置如何能够辅助使用者行走，图14是有帮助的。在图14中，以侧视图示出了在步态周期不同阶段期间的人。可以看到的是，在行走周期的某些阶段，膝盖和臀部同时伸展。特别地，臀部和膝盖都完全伸展，同时抬高相对腿的脚。臀部和膝盖的完全伸展使躯干抬起，并且与躯干一起，头部和肩部也抬起了。因此，通过同时伸展膝盖和臀部而伸展的腿的肌肉必须在步态周期的该阶段期间进行克服重力抬高身体的物理工作。当肌肉在膝盖和臀部伸展期间不能进行工作时，必须对其进行辅助。由于臀部和膝盖在要进行相当高的工作的阶段(站立阶段)期间同时伸展，因此在该阶段期间辅助弱使用者的肌肉是有帮助的，并且如果来自致动器的力同时施加到臀部和膝盖，则这可以使用一个致动器来完成。

然后，在腿完全伸展之后，相对的腿向前摆动(摆动阶段)，并且身体在仍然放置在地面上的腿的大腿前面移动。相反，相对的腿同时具有在身体前面的大腿。因此，大腿之一所具有的角度可以限定为正的(例如，前)角，而另一个是后角。以这种方式考虑，当用腿站立时将发生角度的过零点。还可以看出，可以定义几个角度，例如躯干/大腿角度、大腿/小腿角度、臀部到脚踝的角度，并且应当理解，这些也在多个跨步期间以循环方式变化。为了更好地理解该装置，已经解释了这一点，下面关于本发明的具体的、非限制性的实施例进行说明。在图14的下部，步态周期上的地面反作用力被显示为可以用于识别周期的相位的传感器信号的示例。

为了理解如何柔性可穿戴肌肉辅助设备可以帮助使用者从坐姿站起来，看图15是有帮助的。如图14所示，图15示出了从坐(0％)到站(100％)的典型周期。在图15中，示出了典型运动的关节角度(臀部和膝盖)、速度和扭矩。该图还示出了辅助力的潜在分布，其中给出了柔性可穿戴肌肉辅助装置的无源元件和有源元件的贡献。该辅助模式旨在支撑在运动期间活动的肌肉，如图15的底部所示；这些肌肉主要包括臀部和膝盖关节的伸肌。应当理解，为了在整个运动的大部分上提供足够的支撑，有必要识别使用者打算从坐姿站起并且通过致动器的适当致动在肌腱处施加正确的力。

图1示出了具有根据本发明实施例的三层设备的使用者的腿10的示意图，其示意性地表示在下肢的操作期间所有出现的力。服装层包括臀部服装101、大腿服装102和小腿服装103。服装101、102和103，有时统称为服装层100，是在一侧提供与使用者皮肤的接触并且在另一侧提供用于无源层与动力层的附接点的紧身胸衣状服装。

无源层包括阻尼元件，即臀部-大腿无源“层”201和大腿-小腿无源“层”202。这些无源层201和202，有时也称为无源层200，可以是在其自由端附接到服装(层)元件101、102、103的拉伸带。它们可以以这样的方式在预应力下附接，即使对于坐着的使用者，即臀部到大腿的角度和大腿到小腿的角度约为90度的使用者，它们处于张力下，换句话说，带具有最大的长度，因此为站立的使用者提供了恢复力。对于每条腿可以有一个作为无源层201、202的拉伸带，上部拉伸带在每一前侧上附接到共同的臀部服装层101。

动力“层”包括动力层单元310，动力层单元310具有控制单元、动力单元、传感器和用于每个肢体的至少一个致动器。该实施例的致动器与动力层传递肌腱301连接，动力层传递肌腱301在一个自由端处附接在动力层单元310处，被引导围绕膝盖12前方的方向改变点302，被引导围绕臀部服装层303的底部部分，并且最终在臀部附接点304处与在臀部服装层101的上部中的肌腱的相对自由端附接。

动力层施加等于F_Power的力。该力增加了髋关节11和膝盖关节12的刚度，并引起法向压力相位：与无源元件201和202以及其特定弹性刚度相结合，这些力负责关节刚度调制。通过相应地调整相位以及膝盖处的力矩臂，可以容易地将该系统设置为针对特定缺陷。

可以使用根据图1所示的设备用于下肢以及用于上身的另一设备，如将在本说明书中描述的。两个部分可以共享相同的电源和控制单元。将描述的传感器的独特阵列或布置用于估计所有关节相关角度。这样的系统将具有四个动力层单元310，每个肢体一个，该动力层单元310包括电机以补偿臂和腿上的重力影响。

如上所述，图1的实施例的三层架构由基部层或服装层、韧带层或无源层和动力层组成。该配置可靠地提供具有最小数量的致动器并且没有刚性框架的稳定性和辅助。韧带和动力层都附接到基部层，该基部层形成到人体的接口。该具体实施例的动力层的特征在于胫骨前面的远侧肌腱致动器和这里设置在使用者躯干前面的主电源和控制单元。应当注意，在其他实施例中，致动器和/或控制单元都可以放置在其他地方，例如在使用者背处的板上。

在一个可能的实施例中，动力层的肌腱301在放置在胫骨前面的肌腱致动器处开始，并且在基部层内层叠多次以提供最佳支撑。动力层主动地辅助臀部和膝盖的伸展。动力层包括刚性机械和电气部件——比如电机、滑轮、PCB和电池--它们被放置在不妨碍日常生活中所需的任何运动的身体位置。这种布置允许使用者舒适地坐在例如轮椅中。肌腱致动器提供高的力，例如高达500N。韧带层的特征在于能够存储由使用者或由动力层提供的能量的一部分的无源元件。这是通过动力层和韧带层的对抗布置来实现的。较强的大腿-小腿拉伸带202设置在膝盖后面，而肌腱301在膝盖前面的方向改变点301上被引导。臀部-大腿拉伸带201布置在使用者骨盆的前面，而肌腱301的相应部分在使用者后面通过肌腱臀部引导件303。该设计遵循提供共收缩肌肉增加关节刚度以提供稳定性的认识。无源元件，即韧带层的201和202被放置在基部层即101、102、103上以支持臀部和膝盖屈曲以及踝背屈曲。韧带的刚度可以通过拉伸带的初始长度变化或通过更换拉伸带来直接调节以满足使用者的需要。

韧带层的设计结合动力层的力调制相，使得系统能够在主动改变关节刚度的同时提供个性化的辅助。由动力层和韧带层产生的力在到达使用者身体之前由基部服装层转换为法向力。基部层本身包含调节层的刚度以最小化剪切力并最大化提供辅助的法向力的元件。为了确保下肢设备施加生理相关力，在设备中嵌入用于运动和意图检测的传感器的阵列或布置。例如，在腿的小腿和大腿段处设置IMU以测量腿的运动学，并且在臀部服装层处设置加速度计以测量上身的运动。

附接到小腿服装的动力层单元310包括肌腱致动器，该肌腱致动器通过卷绕在基部层内级联的人造肌腱而产生力。该系统优选使用无刷电机结合在胫骨前面延伸的滑轮系统，该滑轮系统在结构上配置为最小化弯曲力。为了实现这一点，肌腱致动器主要由轻质聚合物和复合材料组成。动态致动器提供例如高达500N的力。负载传感器可以集成在电机附近，以允许与所有嵌入式传感器结合，用于进行可靠的力控制和刚度调节。风扇可以放置在电机及其控制器的正上方，以防止系统过热。连续监测系统温度。类似的致动器可以用于上体设备，并且优选是用于下体的致动器的按比例缩小的版本，因为所需的力较小。

图2示出了根据图1的三层设备在两个不同弯曲位置的两个示意图。在所有附图中，相似的附图标记表示相似的特征。由下肢设备提供的力可以影响运动系统中除了那些涉及移动性的部分之外的部分。为了保持生理上正确的运动模式，将连杆段模型应用于图1的设备，并在此表示为图2，从图2可以看出，产生关节力矩的外部力矩臂和与动力层的肌腱相对的对抗弹簧之间存在关系。此外，为了确保向使用者可靠地传递力，该分析包括使用者的软组织和设备的基于织物的结构的组合刚度的实验验证的模型。

图3示出了示出由图1的实施例的动力层施加的力的另外两个图。使用者以略微弯曲的腿站立在地面19上。支撑控制单元(未示出)连续地估计使用者的姿势，并且计算重力对使用者的生物关节的影响。Fy4和Fx4应用于恢复较大角度躯干的髋关节。在膝盖处，从平坦地面19的角度Fy3在竖直方向上与Fy2相对，而Fx2和Fx3水平地施加，修正角度大腿以及角度腿。为了补偿重力，该设备相应地调肌腱的力和刚度。最佳力分布和系统刚度取决于每个使用者。比如力矩臂和弹性弹簧常数的参数以及使用者的高度和重量可以优选被编程到系统中。通过这样做，系统可以解决特定的移动缺陷。因为该设备总是独立于特定运动而补偿重力，所以如图4所示的支撑辅助控制单元400独立于任何使用者输入而操作。另外，该系统可以用于产生附加于重力控制器的力，例如以减轻痉挛的影响。可以可靠地检测和防止像跌倒那样的突然运动。该系统的目的是并且即使在支撑比如行走或到达物体的动态运动的时也成功地将使用者保持在静态稳定的位置。下肢设备支撑臀大肌、臀中肌；股直肌、股肌、腓肠肌和比目鱼肌。为了在没有刚性框架的情况下提供结构稳定性，该系统模仿肌肉共同收缩以增加关节刚度。这是使用无源层与电机层相对的架构来实现的。关节刚度的增加将防止或减少关节运动，这转而防止关节塌陷。动力层可以间接地控制由人工韧带提供的运动。这是通过有源提供力以抑制关节运动来实现的。

图4示出了在根据本发明实施例的设备内使用的支撑辅助控制单元400的图。

支撑辅助控制单元400包括四个控制子系统：关节角度估计、刚度调制、重力补偿和有源力调制。大多数传感器设置在基部层内。这涉及IMU401(在小腿和大腿处)，并且代替加速度计402，可以使用IMU(在臀部服装101的上前端的中心处)。然而，也存在由动力层专门使用的传感器。载荷单元403和肌腱长度估计器404是该层的一部分。肌腱长度估计器404也称为编码计数器(EC)，因为其从DC电机405及其(转动)位置获得其信号。力控制系统调节使用者的生物关节的刚度，并向设备的三层结构施加额外的力。由IMU 401发出的信号用于角度计算单元411中的下肢的角度计算。加速度计或IMU 402在角度计算单元412中提供用于躯干的角度计算的信号。两个角度计算单元411和412为力估计单元420提供角度输入信号，该力估计单元420接收从关节模型单元414获得的关于B角的进一步输入，该B角作用于肢体角度B_下肢，以及从添加单元415获得的位置信息，该位置信息以在单元404中估计并由躯干EC补偿单元416调制的线缆I肌腱长度的值以及从连接到载荷传感器403的压缩和补偿单元417获得的校正值开始。所提到的角度涉及躯干的位置以及最远段的角度(在下肢实施例的情况下为胫，在装置的上肢实施例的情况下为前臂)-在该角度之上有滤波器和漂移补偿计算。关节模型单元414负责获得最后的剩余角(β角)作为段间角(膝、肘)。

力估计单元420为DC电机405提供控制信号，以缩短或延长或保持肌腱301的长度和位置。这由比例支持值418调制，而提供最小力419以对抗预应力拉伸带效应。来自IMU401的信号还经由肢体角度计算而贡献给运动检测器421，运动检测器421在所述F_min与F_目标之间切换信号。IMU 401测量最远肢体段的角度且可被视为经滤波的输入。该值是根据本发明实施例的用于压缩补偿角度估计的连杆段模型的输入。可以分别针对腿辅助和臂辅助而模拟的模型的实例展示于例如图2、图3、图7a、图7b和图18中。应当注意，只要无源“层”具有两个单独的部件，这两个单独的部件都在至少两个服装部件之间延伸并且都包括用于存储能量的弹性材料并且布置在关节的相对侧上，则模型中考虑的弹性模块可以被相应地调整，以便对模型中的总体效果和/或附加元素进行建模。F_min是系统中保持肌腱张紧或与韧带层结合的最小力，其将设定关节周围的正确刚度。然后用来自载荷传感器403的值的力信号来调制用于驱动DC电机405的该控制信号。电机施加等同于重力影响的力(基于基础角度估计+连杆段模型)，或者就F_min而言，其结合韧带层直接调节关节刚度。该信号组合发生在加法单元422中，其中输出信号在PI控制方案425中用于控制电机405。

注意，上述计算既适用于上身服装也适用于下身服装。

基部层充当到使用者的接口。该层部分由可拉伸和透气的材料制成。另外，它包括能够改变设备刚度的多个元件以及被布置为减小剪切力并将它们转换成法向力的半刚性板。基部层还具有使用垂直于动力层的肌腱布置的肌腱的张紧和自张紧机构。动力层附着在基部层上。它由多个肌腱组成，这些肌腱从膝关节上方胫骨前面的致动器延伸到髋关节。动力层采用预张紧系统来调节无源系统的稳定性。韧带层也附接到基部层并且与动力层的肌腱相对。

图5A、图5B和图5C示出了本发明实施例的设备的不同层的元件。图5A示出了具有与无源层300的元件结合的服装层100的使用者的腿10和臀部的部分的前视图。

臀部服装层101包括覆盖基部网的翼片，并且该翼片经由线缆附接在另一侧上。结合图12和图13可以更好地看到这些元件如何被附接以起到自张紧臀部带的作用。图5C也示出了臀部服装层101，但是是后视图。基部纺织品是可伸展的且耐磨的，因为多个张紧线缆111被拉紧在基部层服装的表面上以将来自线缆112的任何压力分布到整个表面上，因为线缆112被附接在服装层处并且仅被示出为由201覆盖。该自张紧系统被定向为垂直于电机层的肌腱321，并且因此避免了在使用者的腿上迫近的剪切力。服装层内或服装层上的半刚性板121将剪切力转换为法向力。

图5B示出了设置在基础服装顶部上的元件的后视图。这在背面包括两个路径311，每个腿10一个路径。每个路径311附接在髋关节服装的上端处，并且包括髋关节动力层传递肌腱321，其设置为十字形线或锯齿形布置，由设置在路径311的侧部处的环或翼片保持。换句话说，传递肌腱321通过路径311的相对边缘上的低摩擦环或翼片从路径311的一侧沿路径311从大腿到腰部被引导到路径的另一侧311。在大腿附近存在更多的环或翼片，而路径的上端存在更少的环或翼片(这里在路径31的中部上方基本上有一对长交叉的肌腱)。这种预张紧机构增加了稳定性。这些肌腱在区域312中作为覆盖路径在两个平行的肌腱中继续，然后分裂成两根线缆，所述两根线缆在硅树脂管313中被引导以在大腿下侧的两侧上朝向膝盖引导，其中线缆被附接在一起成为单个肌腱301，单个肌腱301被重定向通过方向改变点302，方向改变点302通常是膝盖12前方的预定距离的滑动表面，然后被引导到位于小腿前方的单元310中的动力层的电机单元。

具有多个张紧线缆的张紧机构311垂直于基部层定向。其在大腿服装层102内具有相关联的张力机构312，并且在小腿服装层103中也具有相关联的张力机构312，但在图5A至5C中未示出。它们有助于提高服装的硬度。图5A还示出了用于每个腿10以及臀部-大腿无源层201的两个拉伸带。

提供层阻塞入口以适应套装的刚度。评估设备与其使用者之间的相互作用力对肌肉骨骼系统的影响，从而形成系统在操作期间检测滑动和不适当配合的基础。

此外，通过改进从设备到使用者的力的传递，可以改进系统的效率。这是使用层阻塞方法进行的，以自适应地设置服装的刚度。该技术提高了设备的效率，并且还通过减小作用在使用者身体上的力来提高舒适度，这将结合图13进行解释。

为了确保该设备最小化剪切力并且主要将法向力传递到人体，优选地使用压力传感器和3轴力传感器来测量根据本发明的实施例的设备的特征的冲击。Tekscan压力传感器在实际示例中用于在躯干上的多个位置处创建压力图。此外，集成光学力传感器(Optofforce OMD-20-SE-40N)以检测施加到使用者皮肤的任何剪切力。研究表明，系统结构使剪切力最小化，并将其转化为法向力。

图6示出了处于弯曲位置的使用者，其具有与图1中类似的力和力矩解释。下肢设备的该示意图示出了基部和动力层如何相互作用。动力层的肌腱301调节生物关节11、12和13的刚度。这些具有作为设备力F_Myosuit 502的垂直方向上的分量的力补偿重力501对关节水平的影响。为了避免作用在使用者上的剪切力，基部层将这些力转换为法向力。将剪切力转化为法向力的可能性如图17所示，表明服装部分的适当设计有助于避免剪切力。此外，如图12所示，半刚性、各向异性布置的板可以集成在基部层中。半刚性是指嵌入服装中的刚度变化入口和板。半刚性与刚性和坚固有关，但在某些方向上是柔性的。各向异性特性是指在纵向和横向方向上的不同刚度，这主要是为了最佳地适应身体形状所需要的。结合图12和图13的描述来解释该原理。这些板121以特定的方式布置，使得基部层仍然具有服装状的感觉。这种布置能够在动力层和基部层的连接部周围产生力矩。再参考图16，图16示出了可以通过适当地锚固元件来改善力的分布。

使用者将体验到作为帮助他返回到直立身体位置的法向力的这一时刻。该示意图示出了下肢设备的应用场景。在该实施例中，该系统允许舒适地坐在轮椅中。轮椅可以用于长途旅行，并且根据本发明的设备仅在使用者需要越过障碍物或希望处于直立位置时才展开。轮椅提供高容量电池，该高容量电池能够感应充电到设备的电池。感应充电器安装在轮椅的靠背上。一旦使用者坐着，设备的电池基于轮椅电池来充电。这允许柔性可穿戴肌肉辅助装置与小容量电池一起使用。因此，该装置可以是非常轻的，因为电池是重量方面的主要驱动者之一。

图7A和图7B示出了根据另一实施例的用于臂20的三层设备的两个示意图的前平面图和矢状平面图；图8示出了具有根据本发明另一实施例的用于支撑臂的三层设备的使用者10的躯干24的示意性侧视图。

图7A和图7B示出了如何将如图1所示的下肢设备中使用的原理被转移到上体。上体设备在矢状面和正平面中都提供支撑。肘关节22和肩关节21通过与下肢设备相同的对抗结构进行重力补偿。腕部23的屈曲和伸展也被对抗地支撑。动力层有源地支撑关节伸展，韧带层辅助关节屈曲。对肩关节21的辅助集中在补偿臂20的重量上。基部层构建用于韧带和动力层的接口，并且包括刚性改变入口621，刚性改变入口621放置在肩关节附近以支撑韧带。入口621从肩部21开始并且在使用者侧部延伸到躯干背带601的下边缘。这允许肌肉以较少的努力施加力，同时附加地由动力层和韧带层支撑。与下肢设备不同，动力层的肌腱致动器810靠近躯干、即躯干24放置，以避免远端肿块。在图中未示出的另一实施例中，下肢致动器放置在髋关节上方。该设计还具有离合器机构811，该离合器机构811调节跨过肩部21的级联肌腱以在前平面和矢状面中移动臂20，如图7A和图7B所示。离合器根据使用者的运动意图在前平面和矢状面之间进行选择，运动意图通过传感器和决定切换元件的控制单元自动地、机械地或通过检测来检测。离合器将通过传感器输入(IMU+线缆长度)工作，然后切换将取决于使用者基于初始方向的意图。离合器接合一个选项或另一个选项。

躯干背带601包括弹簧或拉伸带701，该弹簧或拉伸带701附接在肩部21处，靠近肩部线缆引导件803朝向线缆致动器810的重定向点(不可见)，并且进一步附接在躯干24的后侧。肩部索缆引导件803包括索缆(不可见)并且在肘形索缆引导件802中以预定距离从前侧朝向下侧上的肘形垫602引导索缆。然后，线缆继续在前臂线缆引导件801内朝向手背延伸，并且附接在手背的腕关节垫603处。腕垫603在下侧包括与线缆引导件801对抗地作用的腕弹簧703。

图9示出了如何能够与下肢或上肢的应用无关地实现作用于单个关节(这里称为上关节31)的一般工作原理。在此设置中，存在两个层—服装和无源层。服装层示出为901，用于身体服装，而上肢部分服装的902包围上肢部分35，并且在该一般设置中，服装层通过无源层的两个元件1001和1001A连接。在该实施例中示出了两个元件，而不是一个元件，以强调多于一个的无源元件1001可以连接服装层部分901和902。这两个元件最终限定了穿过关节31的扭矩分布；即，每个无源构件(Li和Ki)的长度和刚度，以及跨过关节的力矩臂的尺寸(li)，其中i＝1和2。

图10示出了关节的一般情形，这里是下肢部分32，其中再次示出了跨关节32工作的无源层200和服装层100，并且这里还包括有源部件(电机或致动器1110和1110A)，其可以进一步调节该关节32的刚度。电机1110和1110A放置在任意位置，以突出这样的事实，即如果肌腱1100和1100A穿过关节32并且如果它们适当地连接到服装层100，则电机1110和1110A不必放置在特定位置。从上方致动的第一肌腱1100附接在可能的最低服装903处。在该示例中，在上肢的情况下，它可以是腕垫，并且在下肢超出脚踝的情况下，它可以在脚跟垫处。第二肌腱1100A从下方被致动并且附接在最上面的服装902处。然而，相关联的电机1110或1110A可以定位在其他地方，因为在肌腱例如包含在固定地附接到服装元件的(优选松弛的)护套中的意义上，肌腱“附接”在服装上。与每个肌腱1100和1100A相关联的是相抵无源元件，即1002和1002A。

图11A示出了使用根据本发明实施例的设备时处于部分弯曲位置的腿的示意图。图11B示出了处于更直位置的图11A的腿的示意性方式。图11C示出了当使用根据本发明实施例的设备时处于部分弯曲位置的臂的示意图。

图12对于理解如何使用服装层实现激活是有用的。根据本发明实施例的设备的特征在于集成在纺织品中的自紧机构。当设备被致动并且有源地施加力(F_Act)时，则系统自动地收紧并且增加法向力。这是指当施加力时自动收紧的十字形(或锯齿形)结构。F_Act耦合到该结构，使得力也被用于增加“束腰”的“紧度”。有源肌腱直接连接到包裹在身体和肢体周围的这种束腰状结构。这使得系统能够施加与所施加的力成比例的连续的紧度水平以补偿重力。该机制通过减少随时间施加到使用者的力来增加使用者舒适度。基部层的整体设计确保在低力情况下不会出现设备的滑动。

设备基部层损害旨在最小化剪切力的不同结构。薄聚合物片彼此堆叠并产生层阻塞的效果。当被压缩时，它们通过形成刚性结合来增加刚度。片材具有低粘附性(未压缩时的柔性)和高摩擦系数(压缩时的刚性)。所需的压缩力可以通过设备结构本身(束腰)、气动地或通过电粘附来实现。这允许基部层在致动期间呈现身体形状，并且这增加了基部层和人体之间的接触面积。增加和优化接触面积导致低的法向和剪切应力(σ/τ＝F/A，在本图中称为α)。增加的刚度减小了通过圆形结构的压缩力，该圆形结构在刚性时将力分布在其结构内。高系统刚度还增加了设备效率，因为它减少了组织变形并且使线缆行进最小化。

设备本身的对抗结构(基部+韧带+动力层)通过沿着身体重新规划力的路线以抵消施加在身体的相对部位上的力来减小剪切力。图12所示的虚拟固定轴承是由于设备和人体之间的紧配合而存在的。在这种力的情况下，基部层中的堆叠片材将变成刚性的。作为替代，这些部件可以由其他高刚度聚合物或复合材料代替——尽管这将降低使用者舒适度和紧密配合，并因此降低系统效率。刚性板与顶部上的织物层之间的刚性间隔件产生力矩臂事实。这导致围绕虚拟固定轴承的力矩，该力矩反过来引入力F_op。所产生的力部分地抵消了相对位置(F_Pas)上的剪切力。这一概念在两侧都是交叉布置的。图13示出了该概念的2D表示。在一个应用中，使用多个肌腱来重新规划力的路线，并且力的施加分布在刚性板顶部的最佳区域上。基部层中的结构之间的接触区域被设计为具有低摩擦以最小化摩擦损失并允许改进的力传递。肌腱穿过一个固定套管(刚性或固定连接)。这具有的优点是，在套筒外部没有力传递，并且力可以直接传递到需要它们的地方。肌腱被布置成使得其部分地抵消拉力F_act。所有发生的不抵消F_Act的力都被引入刚性板中，以不增加作用在人体上的压力和应力。

图13示出了用于增加关节刚度以抵消重力的服装层堆叠的示意图。片材堆叠暴露于外部压力(P_ext)，这将增加堆叠的刚度。由于重力，F_React向堆叠层施加另一个力，该力又抵消外力，并因此调节关节周围的刚度。这些层还用于吸收圆形结构中的外力。

尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上描述了的是一种用于抵抗重力支撑使用者的肢体10、20的设备，包括至少两个服装元件101、102、103；901、902、903和至少一个无源力元件201、202；1001、1001A、1002、1002A，其附接在所述服装元件101、102、103；901、902、903中的两个相邻服装元件之间。

此外，尤其是在不限制本发明或本公开内容的情况下，以上还描述了的是一种设备，其中，无源施力元件是拉伸带或弹簧。

此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了的是一种相应的设备，其中，服装元件包括将相关联的服装元件保持在适当位置的收缩元件111、112，其中，收缩元件111、112基本上垂直于相关联的肢体部分的纵向轴线定向。

此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了的是一种这样的设备，其中，服装元件包括设置在使用者的皮肤与服装元件的收缩元件111、112之间的刚度诱导板121和/或滑动板。

此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了的是一种这样的设备，其还包括至少一个具有肌腱301；1100、1100A的有源支撑件300，其附接在一个服装元件101；903、902处并且由张力致动器310；1110、1110A致动，其中，肌腱301；1100、1100A被引导到至少一个相邻的服装元件302、303；902、903，其中，对于每一个张力致动器310；1110、1110A存在无源力元件，该无源力元件是相关肌腱部分302、303；1102、1102A的对抗无源力元件。此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了的是一种这样的设备，该设备优选地被设计成使得肌腱在低摩擦护套中被引导，该低摩擦护套至少部分地附接到相应的服装部分。此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了,本段落中描述的设备优选被设计成使得在使用者身体的一侧上引导的每个肌腱(鉴于其用于第一服装层的矢状面)包括分离部分，其中两个肌腱部分在相关联的肢体的冠状面的相对侧上被引导，以在所述矢状面的相对侧上重新结合，从而在相邻的服装层上被引导。此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了的是这样的设备，其中，服装元件包括设置在使用者的皮肤与肌腱之间的滑动板。此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了的是这样的设备，其中，肌腱或肌腱部分在所述滑动板上以十字形图案被引导。此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了的是这样的设备，其中，每个张力致动器310；1110、1110A附接在一个相邻或相对的服装层元件处，或者引导方向改变元件附接在引导相关联的肌腱的所述相邻或相对的服装层元件处，其中，张力致动器然后可以固定在设备处的任何位置处。此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了的是这样的设备，其包括控制单元400和至少传感器401、402，传感器401、402附接到服装元件之一，其中，传感器401配置为考虑到竖直检测与所述服装元件相关联的肢体部分的角度411，和/或其中，传感器402配置为检测与所述致动器服装元件400相关联的肢体部分的运动，其中，至少控制单元405适配为控制405至少张力致动器310；1110、1110A来支撑肢体部分的运动和/或角度变化。此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了的是如前所述的这种设备，其中，控制单元400针对每个关节存储授权的预定角度间隔以及针对所有关节的组的预定角度间隔，并且适配为将所有关节的传感器401信息411与所述存储的间隔进行比较并且阻挡张力致动器310；1110、1110A，如果角度值离开预定阈值间隔之一，则避免配备有该设备的使用者跌倒。

此外，尤其是在不限制本发明或本公开的情况下，以上还描述了的是，用于抵抗重力支撑使用者的肢体10、20的设备包括至少两个服装元件902、903和附接在所述服装元件902、903中的两个相邻服装元件之间的至少一个无源力元件1002、1002A。优选地，其还包括具有肌腱1100、1100A的至少一个有源支撑件，肌腱1100、1100A附接在一个服装元件903、902处并由张力致动器1110、1110A致动，其中，肌腱1100、1100A被引导到至少一个相邻的服装元件902、903，其中，对于每一个张力致动器1110、1110A，存在作为与相关联的肌腱部分1102、1102A对抗的无源力元件的无源力元件。

附图标记表

10 腿部

11 臀部

12 膝盖

13 脚踝

14 大腿

15 小腿

19 地面

20 臂

21 肩部

22 肘部

23 腕部

24 躯干

25 上臂

26 前臂

31 上关节

32 下关节

34 上体

35 上肢部分

36 下肢部分

100 服装层

101 臀部服装层

102 大腿服装层

103 小腿服装层

111 张紧线缆

112 张紧线缆

121 半刚性板

200 无源层

201 臀部-大腿无源层

202 大腿-小腿无源层

203 小腿-脚部无源层

204 肩部-上臂无源层

205 上臂-前臂无源层

206 前臂-手部无源层

300 动力层

301 动力层传递肌腱

302 方向改变点

303 线缆臀部引导件

304 臀部附接点

310 动力层单元

311 动力层路径

312 覆盖路径

313 硅胶管

314 臀部动力层传递肌腱

400 支撑辅助控制单元

401 IMU

402 加速度计

403 载荷传感器

404 肌腱长度估计器/编码计数器

405 电机

411 角度计算单元

412 角度计算单元

414 关节模型单元

415 添加单元

416 躯干EC补偿单元

417 压缩和补偿单元

418 缩放支撑值单元

419 最小力单元

420 力估计单元

421 移动检测器

422 添加单元

425 PI控制单元

501 重力

502 设备力

601 躯干背带

602 肘部垫

603 腕部

621 刚度调整入口

701 肩部伸展带

703 腕部弹簧

801 前臂线缆引导件

802 肘部线缆引导件

803 肩部线缆引导件

810 线缆致动器

811 离合器机构

901 身体服装

902 上肢部分服装

903 下肢部分服装

1001 第一无源元件

1001A 第二无源元件

1002 第一无源层

1002A 第二无源层

1100 第一肌腱

1100A 第二肌腱

1102 第一肌腱方向改变

1102 第二肌腱方向改变

1110 第一致动器

1110A 第二致动器

Claims (37)

1.一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维持铰接到第二身体部分的第一身体部分的位置，

所述可穿戴身体接口包括至少两个服装部分；

所述有源和无源部件包括至少一个有源动力元件，

所述无源部件至少包括

第一无源部件和第二无源部件，所述第一无源部件和所述第二无源部件两者都在所述至少两个服装部件之间延伸并且包括用于存储由所述使用者和/或所述至少一个有源动力元件所提供的能量的弹性材料；

其特征在于，

所述第一和第二无源部件布置在所述身体的关节的相对侧上。

2.根据权利要求1所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，

其适配为辅助使用者改变或维持铰接在所述关节处的肢体的位置，

其中，所述至少两个服装部分包括使用时处于所述关节的大致远侧的位置处的至少一个服装部分，而至少一个其他服装部分在使用时设置在所述关节的非远侧的位置处。

3.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，

其中，所述第一无源部件适配为针对所述可能关节角度的至少第一部分在所述关节上施加扭矩，

其中，所述第二无源部件适配为针对所述可能关节角度的至少第二部分在所述关节上施加扭矩，

并且，所述第一无源部件的扭矩为零或者针对可能关节角度的所述第二部分的至少一个部分抵消所述第二无源部件的扭矩，

并且，所述第一无源部件和所述第二无源部件的扭矩之和一起在所述关节上提供非零扭矩。

4.根据前述权利要求所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述第一无源部件和所述第二无源部件的扭矩之和一起提供净关节屈曲辅助。

5.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，

其中，

至少一个有源部件至少包括引导肌腱和致动器，

并且其中，

该至少一个有源部件适配为辅助关节伸展。

6.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，

其中，至少一个致动器适配为辅助关节伸展，并且其中，设置无源部件，所述无源部件适配为呈现与由所述至少一个有源部件提供的关节伸展辅助对抗的力。

7.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，

至少一种有源部件至少包括：

引导肌腱和致动器，

所述引导肌腱和所述致动器适配为一起辅助

抵抗重力改变所述第一身体部分的位置

或者

支撑所述第一身体部分以抵抗重力保持所述第一身体部分的位置。

8.根据前述权利要求所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述至少一个有源部件的所述致动器适配为卷起所述被引导肌腱，

所述肌腱以如此方式被引导，使得卷起所述肌腱使至少一个关节在所述第一身体部分与所述第二身体部分之间伸展。

9.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，适配为

允许展开所述肌腱以使所述关节屈曲

和

通过铰接的所述身体部分的重量

和/或通过由所述第一无源部件和所述第二无源部件一起提供在所述关节上的非零扭矩和来在所述肌腱上施加张力。

10.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，至少一个有源部件至少包括级联到附接到所述身体接口的多个肌腱端部中的引导肌腱。

11.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所辅助的身体部分是腿，并且所述肌腱通常在所述膝盖前面但通常在所述臀部后面被引导，作为无源元件的拉伸带设置在所述膝盖后面，并且作为用于所述大腿的无源元件的拉伸带设置在人的前面。

12.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述肌腱在对应的肢体部分的纵向轴线的主方向的方向上滑动。

13.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，

所述至少一个有源部件包括至少一个肌腱，所述至少一个肌腱鉴于其矢状面而在所述身体的一侧上被引导，然后被分成被引导到相关关节的冠状面的相对侧的两个部分，并且所述肌腱在所述矢状面的相对侧上重新结合成单个肌腱。

14.一种柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述第一无源部件和所述第二无源部件中的至少一者包括拉伸带和/或弹簧。

15.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，

所述至少两个服装部分中的至少一个布置为完全或部分地围绕肢体部分，

并且设置用于收缩所述至少两个服装部分中的所述至少一个的收缩元件。

16.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述收敛元件为以下中的至少一者：

嵌入到所述服装部分中；

可拆卸地或固定地连接到所述无源力部件，尤其是所述无源力部件的端部；

连接到形成所述有源部件的部分的所述有源肌腱。

17.根据前述权利要求所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，适配于所述第一身体部分是具有纵向轴线的肢体，其中，所述收缩元件定向为大致垂直于所述肢体的纵向轴线，并且所述收缩元件适配为保持所述服装部分在使用时的位置。

18.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，滑动板设置在所述身体与所述肌腱之间。

19.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，包括设置在所述使用者的身体与所述收缩元件之间的刚性引入板和/或滑动板。

20.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，设置用于将所述肌腱引导到改变所述方向的所述致动器的方向改变引导元件。

21.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述肌腱以十字形图案和/或锯齿形图案被引导。

22.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述身体接口包括多个层，所述多个层适配为改变所述柔性可穿戴肌肉辅助装置的一部分的整体刚度，

和/或在肌肉激活期间造成肌肉体积的改变，

和/或其中，所述身体接口的所述多个层适配用于层阻塞，优选具有用于层阻塞的入口，

和/或其中，所述身体接口包括优选大致垂直于有源部件的肌腱的多个收缩元件，其适配为自动收紧，

和/或其中，所述身体接口包括半刚性各向异性板，以便将剪切力转换为法向力。

23.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述无源部件包括弹性材料，所述弹性材料布置为靠近所述臀部、膝盖、踝关节、肩部、肘部和腕关节中的至少一者，所述弹性材料适配为在其运动期间存储相关联的关节能量，所述关节能量能够被释放以补偿相关联的腿或臂的重量。

24.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，至少一些有源部件布置为辅助那些抵抗身体部分自身的重量移动或保持所述身体部分的肌肉。

25.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，

所述可穿戴肌肉辅助装置适配为用于改变或保持第一身体部分的位置，所述第一身体部分经由至少两个关节铰接到所述第二身体部分，所述有源部件适配为改变或保持这两个关节两者的角位置，并且其中，所述有源部件设置有用于改变或保持所述两个关节的角位置的仅一个致动器。

26.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述肌腱在低摩擦护套中被引导，所述低摩擦护套中的至少一些部分地附接到所述服装部分中的至少一个。

27.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述肌腱在松弛护套中被引导，所述松弛护套中的至少一些优选至少部分地附接到所述服装部分中的至少一个。

28.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，具有刚性载体板，至少一个致动器和/或用于所述至少一个致动器的电池附接到所述刚性载体板。

29.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述刚性载体板与所述第一身体部分和所述第二身体部分之间的一个或每个关节间隔开。

30.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，设置无齿轮电机作为致动器。

31.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，

其中，设置致动器控制器，并且

设置传感器装置，所述传感器装置配置为生成指示以下中的至少一者的信号：

存在于所述第一身体部分与所述第二身体部分之间的关节的角度，

存在于所述第一身体部分与所述第二身体部分之间的关节的角度的改变，

所述第一身体部分的绝对运动，

所述第一身体部分相对于所述第二身体部分的运动，

所述第一身体部分的位置，和

能够与所述第一身体部分的运动和/或位置相关的所述身体的一部分上的压力，

并且其中，所述致动器控制器布置为响应于所述传感器装置生成的信号致动所述致动器。

32.根据前述权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述控制器适配为存储针对关节允许的预定上角度和下角度，并且适配为将指示关节角度或关节改变角度的传感器信息与所述存储的上值和下值进行比较，以在角度值离开所述上允许值与所述下允许值之间的间隔的情况下阻止所述张力致动器。

33.一种柔性可穿戴肌肉辅助装置，

其适配为辅助使用者在以下中的至少一者时移动至少一条腿或一条腿的部分，

行走，

站立，

从坐位置站起和

坐下，

爬一段楼梯，

下一段楼梯，

其中，设置传感器装置，所述传感器装置配置为对于所述使用者的腿部中的每一个生成至少一个信号，所述至少一个信号指示以下中的至少一者：

存在于所述第一身体部分与所述第二身体部分之间的关节的角度，或

存在于所述第一身体部分与所述第二身体部分之间的关节的角度的改变，或

所述第一身体部分的绝对运动，和/或

所述第一身体部分相对于所述第二身体部分的运动，

所述第一身体部分的位置，和/或

能够与所述第一身体部分的运动和/或位置相关的所述身体的一部分上的压力，

和

所述致动器控制器布置为响应于源自所述第一腿和所述第二腿的两者的信号而致动用于一条腿的致动器。

34.根据权利要求33所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，适配为辅助使用者在以下中的至少一个时移动至少一条腿或一条腿的部分：

行走，

从坐位置站起和

坐下，

爬一段楼梯，

下一段楼梯，

其中，所述传感器装置适配为提供至少5个信号信息值，所述5个值间隔开至少5ms，优选10个值，每个值间隔开至少10ms，

并且所述致动器控制器适配为以如此方式控制所述致动器，使得在摆动周期、站起时期或坐下时期中的至少一个的至少30％、优选至少40％、特别是优选至少50％的期间对所述致动器提供电力。

35.根据前述两个权利要求中任一项所述的柔性可穿戴肌肉辅助装置，其中，所述第一无源元件和所述第二无源元件以韧带状的方式布置在所述关节的相对侧上。

36.一种柔性可穿戴肌肉辅助装置，

其至少具有

基部层、有源和无源部件，其适配为一起辅助使用者改变或维持铰接到第二身体部分的第一身体部分的位置，

所述基部层是包括至少两个服装元件的服装状层；

所述有源部件和所述无源部件包括附接到所述基部层的元件，

所述有源部件具有至少一个肌腱，所述至少一个肌腱引导在护套中，所述护套至少在其长度的一部分上附接在所述基部层处，并且所述护套是松弛的，

所述无源层至少包括无源元件，

所述无源元件连接所述至少两个服装元件并且包括弹性材料，所述弹性材料用于存储所述使用者和/或所述有源部件提供的能量的一部分，

所述有源元件和所述无源元件布置在所述关节的相对侧上，以韧带状的方式稳定所述关节并且以对抗的方式作用。

37.一种柔性可穿戴肌肉辅助装置，其具有：

至少一个能够在辅助使用者期间经由电信号来控制的元件，

传感器部件，其适配为提供指示使用者需要辅助的信号，

控制器，其适配为响应于所述传感器部件所提供的且指示使用者需要辅助的信号而在辅助期间提供电信号，

其特征在于，

所述传感器部件至少包括：

第一和第二传感器，两者都适配为提供指示以下中至少一者的传感器信号：

肢体或肢体一部分的绝对定向，

肢体或肢体一部分相对于身体的另一部分的定向，

关节角度，

身体部分的位置、速度和加速度，

所述第一传感器和所述第二传感器彼此间隔开，使得在使用时，

至少一个关节存在于所述第一传感器与所述第二传感器之间，

或者所述第一传感器和所述第二传感器设置在邻近的关节处；

并且

设置信号调节电路，所述信号调节电路布置为将至少两个相应传感器信号流输入到所述控制器中，

第一传感器信号流在身体部分的运动周期期间，响应于来自所述第一传感器的传感器信号而暂时提供至少10个不同的传感器信号值，并且所述第二传感器信号流在身体部分的运动周期期间，响应于来自所述第二传感器的传感器信号而提供至少10个不同的、间隔开的传感器信号值，

所述控制器适配为响应于所述至少两个传感器信号流而通过在所述周期性运动期间评估来自两个流的多个值来识别当前的辅助需要，并且

在所述运动周期时间的至少10％的期间生成用于肌肉辅助致动器的激活信号，和/或具有至少两个、优选四个不同的激活和/或辅助水平。