用于向可穿戴装置的用户提供阻力的方法和装置与流程

1.至少一个示例实施例涉及一种用于向可穿戴装置的用户提供阻力的方法和/或装置。例如，至少一个示例实施例涉及一种用于在不向可穿戴装置的电机提供能量的情况下向可穿戴装置的用户提供阻力的方法和/或装置。


背景技术：

2.老龄化社会的变化导致越来越多的人体会到由衰老引起的肌肉力量下降或关节问题带来的不便和疼痛。因此，人们对行走辅助装置的兴趣日益增长，该行走辅助装置使得具有肌肉力量下降或关节问题的老年用户或病人能够以较少的力气行走。


技术实现要素：

3.一些示例实施例涉及一种操作可穿戴装置以向用户提供阻力的方法。
4.在一些示例实施例中，所述方法包括经由传感器测量所述用户的第一关节的第一角度，基于第一角度确定施加到第一关节的阻力水平，基于所述阻力水平确定电连接到所述可穿戴装置的电机的电机驱动器电路被控制为闭环的连接时间与所述电机驱动器电路被控制为开环的断开时间之间的连接比，以及基于所述连接比通过所述电机驱动器电路控制所述电机。
5.在一些示例实施例中，所述电机驱动器电路可包括被配置以基于所述连接比而被控制的至少一个开关。
6.在一些示例实施例中，所述连接比可由脉冲宽度调制(pwm)表示。
7.在一些示例实施例中，可基于所述连接比调整将被提供给所述用户的所述阻力水平，使得随着所述电机驱动器电路被控制为闭环的连接时间增加，所述阻力可增加。
8.在一些示例实施例中，当所述电机驱动器电路被控制为闭环时，所述电机可针对用户的外力作为发电机操作。
9.在一些示例实施例中，当所述电机作为所述发电机操作时，所述方法还可包括基于由所述发电机产生的能量对所述可穿戴装置的电池充电。
10.在一些示例实施例中，所述方法还可包括从所述用户接收将所述可穿戴装置的操作模式设置为锻炼模式的指令。
11.在一些示例实施例中，当设置所述锻炼模式时，可不向所述电机提供来自所述可穿戴装置的电池的能量。
12.在一些示例性实施例中，所述方法还可包括从所述用户接收将所述可穿戴装置的操作模式设定为辅助模式的指令，响应于接收到所述辅助模式，基于第一角度计算施加到第一关节的辅助力矩值，以及通过基于所述辅助力矩值控制所述电机向用户提供辅助力。
13.一些示例实施例涉及一种被配置为向用户提供阻力的可穿戴装置。
14.在一些示例实施例中，所述可穿戴装置包括：存储器，被配置为存储包括向所述用户提供所述阻力的指令的程序；传感器，被配置为测量所述用户的第一关节的第一角度；电
机驱动器电路；电机，电连接到所述电机驱动器电路；以及处理器，被配置为执行所述程序，以执行以下操作：经由所述传感器测量所述用户的第一关节的第一角度、基于第一角度确定施加到第一关节的阻力水平，基于所述阻力水平，确定所述电机驱动器电路被控制为闭环的连接时间与所述电机驱动器电路被控制为开环的断开时间之间的连接比，以及基于所述连接比通过所述电机驱动器电路控制所述电机。
15.在一些示例实施例中，所述电机驱动器电路可包括被配置以基于所述连接比而被控制的至少一个开关。
16.在一些示例实施例中，所述连接比可由pwm表示，并且可基于所述连接比来调整将被提供给所述用户的所述阻力，使得随着所述电机驱动器电路被控制为闭环的连接时间增加，所述阻力可增加。
17.在一些示例实施例中，当所述电机驱动器电路被控制为闭环时，所述电机可针对所述用户的外力作为发电机操作。
18.在一些示例实施例中，当所述电机作为所述发电机操作时，所述处理器还被配置为基于由所述发电机产生的能量对所述可穿戴装置的电池充电。
19.在一些示例实施例中，处理器还被配置为从所述用户接收将所述可穿戴装置的操作模式设置为锻炼模式的指令，并且基于所述锻炼模式和第一角度确定施加到第一关节的所述阻力水平。
20.在一些示例实施例中，当设置所述锻炼模式时，所述可穿戴装置可不向所述电机提供来自电池的能量。
21.在一些示例性实施例中，处理器还被配置为从所述用户接收将所述可穿戴装置的操作模式设置为辅助模式的指令，响应于接收到所述辅助模式，基于第一角度计算施加到第一关节的辅助力矩值，并且通过基于所述辅助力矩值控制所述电机向用户提供辅助力。
22.示例实施例的附加方面将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可通过本公开的实施来获知。
附图说明
23.从以下结合附图对示例实施例的描述中，这些和/或其他方面将变得显而易见并且更容易理解，在附图中：
24.图1a至图1d是示出根据至少一个示例实施例的可穿戴装置的示例的图；
25.图2是示出根据至少一个示例实施例的与电子装置通信的可穿戴装置的示例的图；
26.图3是示出根据至少一个示例实施例的步伐状态的示例的图；
27.图4是示出根据至少一个示例实施例的步伐状态转换的示例的图；
28.图5是示出根据至少一个示例实施例的踝关节角度相对于步伐周期的轨迹的示例的图；
29.图6是示出根据至少一个示例实施例的脚踝力矩相对于步伐周期的轨迹的示例的图；
30.图7至图10是示出根据至少一个示例实施例的可穿戴装置的电机驱动器电路的示例的图；
31.图11是示出根据至少一个示例实施例的提供阻力的方法的示例的流程图；
32.图12是示出根据至少一个示例实施例的从用户终端输出的阻力曲线的示例的图；
33.图13是示出根据至少一个示例实施例的提供阻力的方法的另一示例的流程图；
34.图14是示出根据至少一个示例实施例的开环的电机驱动器电路的示例的图；
35.图15和图16是示出根据至少一个示例实施例的闭环的电机驱动器电路的示例的图；
36.图17是示出根据至少一个示例实施例的闭环的电机驱动器电路的示例的图；
37.图18是示出根据至少一个示例实施例的包括制动电阻器的闭环的电机驱动器电路的示例的图；
38.图19是示出根据至少一个示例实施例的包括电阻器的闭环的电机驱动器电路的示例的图；
39.图20是示出根据至少一个示例实施例的包括无刷直流(bldc)电机的闭环的电机驱动器电路的示例的图；
40.图21是示出根据至少一个示例实施例的可穿戴装置的驱动器的示例的示图；以及
41.图22至图24是示出根据至少一个示例实施例的全身型可穿戴装置的示例的图。
具体实施方式
42.在下文中，将参考附图详细描述一些示例实施例。关于附图中分配给元件的参考标号，应当注意，只要可能，即使相同的元件在不同的附图中被示出，它们将由相同的参考标号指定。此外，在实施例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将导致对本公开的模糊解释时，这种描述将被省略。
43.然而，应当理解，并不旨在将本公开限制于所公开的特定示例实施例。相反，示例实施例将覆盖落入示例实施例的范围内的所有修改、等同物和替代物。在整个附图的描述中，相同的参考标号指代相同的元件。
44.另外，在此可使用诸如第一、第二、a、b、(a)、(b)等的术语来描述组件。这些术语中的每个不被用于定义对应组件的本质、顺序或次序，而是仅被用于将对应组件与其他组件区分开。应当注意，如果在说明书中描述了一个组件“连接”、“耦接”或“接合”到另一个组件，则第三组件可在第一组件与第二组件之间“连接”、“耦接”和“接合”，尽管第一组件可直接连接、耦接或接合到第二组件。
45.在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制性的。如在此所使用的，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包含”、“包含
……
的”、“包括”和/或“包括
……
的”在此使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。
46.还应当注意，在一些可选的实施方式中，所提出的功能/动作可不按图中提出的顺序发生。例如，根据所涉及的功能/动作，连续示出的两个图实际上可基本上同时被执行，或者有时可以以相反的顺序被执行。
47.除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本技术的公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。术语(诸如在通用词典中
定义的那些术语)应被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于形式化的意义来解释，除非本文明确地如此定义。
48.此外，在示例实施例的描述中，当认为这样的描述将导致示例实施例的模糊解释时，将省略在理解本技术的公开之后已知的结构或功能的详细描述。
49.现在将参考附图更全面地描述各种示例实施例，在附图中示出了一些示例实施例。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度。
50.在下文中，将参考附图详细描述示例，并且附图中的相同参考标号始终表示相同的元件。
51.图1a至图1d是示出根据至少一个示例实施例的可穿戴装置的示例的图。
52.参照图1a至图1c，可穿戴装置100可被穿戴在用户身上并且被配置为帮助用户更容易地行走。例如，可穿戴装置100可以是辅助用户行走的装置。可穿戴装置100还可以是通过向用户提供阻力以帮助用户进行锻炼来提供锻炼功能的锻炼装置。将被提供给用户的阻力可以不是主动被施加到用户的力，例如，由装置(诸如电机)输出的力，而是阻碍用户移动的力，例如，在与用户移动的方向相反的方向上作用的力。也就是说，阻力也可被称为锻炼负荷。
53.尽管图1a和图1b示出了髋部型可穿戴装置的示例，但是可穿戴装置的类型不限于所示的髋部型，并且可穿戴装置可以以支撑整个下半身、支撑下半身的部分(例如，下半身直到膝盖的部分和下半身直到脚踝的部分)或支撑整个身体的类型被提供。
54.尽管参照图1a和图1b在下文中将被描述的示例实施例可应用于髋部型可穿戴装置(例如，可穿戴装置100)，但是示例实施例不限于髋部型可穿戴装置，而是可应用于所有类型的可穿戴装置。
55.参照图1a至图1d，可穿戴装置100包括驱动器110、传感器120、惯性测量单元(imu)130、控制器140和电池150。
56.驱动器110包括电机114和被配置为驱动电机114的电机驱动器电路112。传感器120包括至少一个传感器121。控制器140包括处理器142、存储器144和输入接口146。尽管在图1c中示出了单个传感器121、单个电机驱动器电路112和单个电机114，但是示例不限于此。又例如，可穿戴装置100-1可包括多个传感器121和121-1、多个电机驱动器电路112和112-1、以及多个电机114和114-1，如图1d所示。另外，根据实施方式，可穿戴装置100可包括多个处理器。电机驱动器电路的数量、电机的数量或处理器的数量可根据穿戴可穿戴装置100的身体部位而变化。
57.传感器121、电机驱动器电路112和电机114的以下描述也可应用于图1d所示的传感器121-1、电机驱动器电路112-1和电机114-1。
58.驱动器110可驱动穿戴可穿戴装置100的用户的髋关节。例如，驱动器110可被设置在用户的右髋部的部分和/或用户的左髋部的部分中。驱动器110可被另外设置在用户的膝盖的部分和用户的脚踝的部分中。驱动器110包括被配置为产生旋转力矩的电机114和被配置为驱动电机114的电机驱动器电路112。
59.当用户行走时，传感器120可测量用户的髋关节角度。这里，由传感器120感测的与髋关节角度相关联的信息可包括右髋关节的角度、左髋关节的角度、右髋关节的角度与左髋关节的角度之间的差和/或髋关节移动方向。例如，传感器121可被设置在驱动器110中。
基于传感器121的位置，传感器120可另外测量用户的膝盖角度和用户的脚踝角度。
60.例如，传感器120可包括电位计。电位计可基于用户的行走运动来感测r轴关节角度和l轴关节角度，以及r轴关节角速度和l轴关节角速度。
61.imu 130可在用户行走时测量加速度信息和姿态信息。例如，imu 130可基于用户的行走运动来感测x轴加速度、y轴加速度和z轴加速度，以及x轴角速度、y轴角速度和z轴角速度。
62.可穿戴装置100可基于由imu 130测量的加速度信息来检测用户的脚着地的点。
63.另外，压力传感器(未示出)可被设置在用户的脚的脚底上并且检测用户的脚着地的时间点。
64.除了传感器120和imu 130之外，可穿戴装置100还可包括被配置为感测基于用户的行走运动的用户的运动量的变化或生物信号的变化的其他传感器。例如，传感器可包括肌电图(emg)传感器。
65.根据示例实施例，控制器140的处理器142可控制驱动器110向用户提供阻力。驱动器110可通过电机114的反向驱动能力向用户提供阻力，而不向用户输出力矩。这里，电机114的反向驱动能力可指示电机114的旋转轴响应于外力的反应度。例如，电机114的高反向驱动能力可指示易于响应于施加到电机114的旋转轴的外力，即，电机114的旋转轴易于旋转。例如，即使相同的外力被施加到电机114的旋转轴，电机114的旋转轴的旋转程度也可根据反向驱动能力的水平而直接变化。
66.在下文中将参照图7至图21详细描述向用户提供阻力的方法。
67.根据另一示例实施例，控制器140的处理器142可控制驱动器110输出力矩(例如，辅助力矩)以辅助用户行走。例如，在髋部类型的可穿戴装置100中，驱动器110可被设置为分别用于右髋部和左髋部的两个驱动器，并且控制器140可输出用于控制驱动器110的控制信号，使得产生力矩。
68.驱动器110可基于由控制器140输出的控制信号来产生力矩。这里，用于产生力矩的力矩值可在外部被设置或被控制器140设置。例如，为了指示力矩值的大小，控制器140可使用针对发送到驱动器110的信号的电流的大小。也就是说，随着由驱动器110接收的电流的大小增加，力矩值可增加。
69.电池150可向可穿戴装置100的组件提供电力。例如，可存在电路，例如电力管理集成电路(pmic)，该电路被配置为将电池150的电力转换为可穿戴装置100的每个组件的操作电压，然后将电力提供给组件。另外，电池150可基于可穿戴装置100的操作模式向电机114提供电力或不向电机114提供电力。也就是说，电池150可在辅助模式下向电机114提供电力，而在锻炼模式下不向电机114提供电力。因此，在锻炼模式下电池150可消耗更少的电力，并且因此可增加用于使用可穿戴装置100的可用时间。
70.图2是示出根据至少一个示例实施例的与电子装置通信的可穿戴装置的示例的图。
71.参照图2，可穿戴装置100可与电子装置200通信。电子装置200可包括例如智能电话、平板个人计算机(pc)、智能手表、眼镜等，但是示例不限于此。例如，电子装置200可以是与可穿戴装置100的用户相关联的电子装置。又例如，用户可在穿戴有可穿戴装置100的情况下与教练一起进行锻炼。在这种情况下，电子装置200可以是与教练相关联的电子装置。
72.根据实施方式，可穿戴装置100和电子装置200可使用短距离无线通信方法或蜂窝移动通信方法经由服务器(未示出)彼此通信。
73.电子装置200可在显示器200-1上显示用于控制可穿戴装置100的操作的用户界面(ui)。例如，ui可包括使得用户能够控制可穿戴装置100的至少一个软键。
74.用户或教练可通过电子装置200的显示器200-1上的ui输入用于控制可穿戴装置100的操作的控制指令。电子装置200可将控制指令发送到可穿戴装置100。可穿戴装置100可根据接收到的控制指令进行操作，并且将控制结果发送到电子装置200。电子装置200可在电子装置200的显示器200-1上显示指示控制完成的消息。
75.图3是示出根据至少一个示例实施例的步伐状态的示例的图。
76.参照图3，可定义(或者可选地，预定义)可穿戴装置的用户的一条腿的步伐状态或步伐阶段。例如，步伐状态可包括站立和摆动。摆动指示脚远离地面的状态。用户的左腿的步伐状态可包括左站立(lst)和左摆动(lsw)，并且用户的右腿的步伐状态可包括右站立(rst)和右摆动(rsw)。
77.在有限状态机(fsm)中，可预先映射这种步伐状态或步伐阶段的步伐周期。例如，步伐周期的0％可被映射到站立开始的时间点，步伐周期的60％可被映射到摆动开始的时间点，并且步伐周期的100％可被映射到刚好在下一个站立开始之前的时间点。
78.根据示例实施例，站立和摆动可被更详细地分类为多个状态。站立可被分类为，例如，初始接触、负重、中间站立、最终站立和预摆动。另外，摆动可被分类为，例如，初始摆动、中间摆动和最终摆动。然而，站立和摆动的分类不限于前面描述的示例性分类，并且可根据示例对站立和摆动进行不同的分类。
79.图4是示出根据至少一个示例实施例的步伐状态转换的示例的图。
80.参照图4，根据一般步伐机制，两条腿中的每条腿的步伐状态可包括站立和摆动，并且站立和摆动可交替发生以用于行走。
81.根据通过行走的右腿的变化400，右腿的步伐状态410可包括右站立和右摆动。这里，站立可包括负重、中间站立和最终站立。然而，示例不限于所示示例。相对于右腿的变化400，根据左腿的变化(未示出)的左腿的步伐状态420可包括左站立和左摆动。
82.当用户的脚踝的肌肉力量由于衰老或疾病而减弱时，用户在行走时可能会体会不便。例如，当腿开始摆动时，腿的脚尖需要抬起来，但是如果不抬起来，摆动的腿可能撞到地面。也就是说，在脚落下的这种情况下，可能存在跌倒的风险。为了防止这种风险，可能需要基于步伐状态或步伐阶段的进展或步伐状态或步伐阶段的变化来调整脚踝的角度。因此，可将可穿戴装置提供给由于脚踝的肌肉力量下降而可能难以自己调整脚踝的角度的那些人。可穿戴装置可被穿戴在用户的脚踝周围，并且基于与用户的行走或步态相关联地感测到的值来输出辅助力矩。辅助力矩可被用于调整用户的脚踝的角度。
83.尽管上述示例实施例涉及辅助或支撑脚踝，但是示例实施例也可被类似地和基本上应用于辅助或支撑髋关节或膝盖。
84.图5是示出根据至少一个示例实施例的踝关节角度相对于步伐周期的轨迹的示例的图。
85.参照图5，当用户根据一般步伐机制行走时，用户的踝关节角度可如轨迹500所示变化。尽管踝关节角度即使在相同的步伐状态下也可基于步幅和行走速度而变化，但是踝
关节角度关于一个步伐周期的轨迹可以以类似的模式发展。轨迹500可在步伐周期的进展中具有所示的变化范围。变化范围可包括负重510、中间站立520、最终站立530和摆动540。
86.然而，所示轨迹500可能未在可能体会腿不便的病人的腿的踝关节角度中示出。这里，当调整病人可能体会不便的腿的踝关节角度使得腿的踝关节角度具有轨迹500时，可改善病人的步态机制。
87.尽管上面已经参照图5描述了踝关节角度的轨迹，但是前面的描述可被类似地和基本上应用于髋关节脚踝和膝关节。
88.图6是示出根据至少一个示例实施例的脚踝力矩相对于步伐周期的轨迹的示例的图。
89.参照图6，下文参照图6将被描述的内容可被应用于可穿戴装置100操作辅助模式下的情况，在辅助模式下，可穿戴装置100辅助穿戴可穿戴装置100的用户行走。将参照图7至图21详细描述可穿戴装置100操作在锻炼模式下的情况。
90.当用户根据一般步态机制行走时，将由用户的踝关节输出的脚踝力矩可如轨迹600所示变化。脚踝力矩的正值可增加踝关节角度，例如，使跖屈。脚踝力矩的负值可减小踝关节角度，例如，使背屈。
91.根据示例实施例，脚踝力矩的轨迹600的对应于发生推离之后的段的第一部分610可以是针对用于防止脚落下的背屈的辅助力矩值。用于背屈的辅助力矩值可以是负值。
92.可能体会他/她腿不便的病人可能他/她自己不能产生足够的辅助力矩，因此病人可在病人体会不便的腿上穿戴可穿戴装置以接收辅助力矩。可穿戴装置可通过驱动器输出辅助力矩并调整脚踝角度。这里，可能需要在期望的定时输出用于调整脚踝角度的辅助力矩，使得用户不会体会不便。例如，可能需要在腿执行推离时提供用于增加脚踝角度的相对高的辅助力矩。例如，可通过直接确定病人体会不便的腿的步伐状态来确定时机。又例如，可通过基于病人不会体会不便的另一正常腿的步伐状态间接地确定腿的步伐状态来确定时机。
93.在下文中，将参照图7至图10详细描述包括在驱动器110中的电机驱动器电路112的结构，该电机驱动器电路112使得可穿戴装置100能够在不需要使用电池150的锻炼模式下操作。
94.图7至图10是示出根据至少一个示例实施例的可穿戴装置的电机驱动器电路的示例的图。
95.参照图7，电机驱动器电路112是h型桥接电路，并且包括多个开关，例如，第一开关710、第二开关720、第三开关730和第四开关740。电机驱动器电路112被连接到电机114。
96.例如，当在处理器142的控制下第一开关710和第四开关740闭合并且第二开关720和第三开关730断开时，可形成包括电池150的闭环。因此，可从电池150向电机114提供电力。在这样的示例中，电机114可在第一方向上旋转。
97.又例如，当在处理器142的控制下第二开关720和第三开关730闭合并且第一开关710和第四开关740断开时，可形成包括电池150的闭环。因此，可从电池150向电机114提供电力。在这样的示例中，电机114可在与第一方向相反的第二方向上旋转。
98.参照图8，可控制电机驱动器电路112，使得形成包括电池150的闭环。电池150可向电机114提供电力。电机114可在与电流的方向对应的方向上旋转。例如，当可穿戴装置100
在辅助模式下操作时，处理器142可控制电机驱动器电路112，使得形成包括电池150的闭环。
99.与上面参照图7和图8所描述的不同，还可在不包括电池150的情况下控制电机驱动器电路112。在下文中将参照图9和图10描述这样的示例。当可穿戴装置100的操作模式是锻炼模式时，可使用如下文参照图9和图10所述的控制电机驱动器电路112的示例。
100.参照图9，处理器142可通过断开第一开关710和第二开关720来阻断电池150和电机114之间的电连接。在锻炼模式下，第一开关710和第二开关720可保持断开。在锻炼模式下，可仅控制包括连接到电机114的第三开关730和第四开关740的下部驱动器电路。
101.处理器142可将控制信号1施加到第三开关730并将控制信号2施加到第四开关740，使得电机驱动器电路112的控制状态在第一控制状态与第二控制状态之间变化。这里，控制信号1和控制信号2可以是高值和低值重复交替并且具有占空比的pwm的形式。占空比可指示连接比。在一个周期为t并且在一个周期t中保持高值的时间为th的情况下，占空比为th/t。尽管本文描述了由处理器142输出控制信号1和控制信号2，但是示例不限于此。例如，处理器142可输出单个控制信号，并且输出的控制信号可由单独的电路划分。通过划分获得的控制信号可被分别施加到第三开关730和第四开关740。
102.例如，当控制信号1和控制信号2是高值时，电机114的( )端子和(-)端子可被连接成处于等电位状态。也就是说，在第一控制状态下，电机114的( )端子和(-)端子可被电连接以具有相同的电位或电压。
103.在第一控制状态下，电机114可与地形成闭环，而不与电池150电连接。因此，第一控制状态也可被称为没有与电池150电连接的电机114的闭环状态。
104.当用户在第一控制状态下移动时，围绕用户的相应关节设置的电机114可通过用户关节的移动而旋转。通过这种旋转，可在电机114中产生电动势或电势差。处于第一控制状态的电机114的端子可处于等电位状态，并且因此可在电机114中产生旋转阻力以减小所产生的电动势。该旋转阻力可作为阻力提供给用户。
105.例如，当控制信号1和控制信号2是低值时，电机114的( )端子和(-)端子可被电断开。在第二控制状态下，不存在到电机114的电连接。因此，第二控制状态也可被称为电机114的开环状态。
106.当用户在第二控制状态下移动时，电机114可通过用户的移动而旋转。在第二控制状态下，电机114的( )端子和(-)端子可被电断开，因此在电机114中可不出现电动势，并且可不输出阻力。也就是说，电机114的反向驱动能力可增加，并且由齿轮比产生的摩擦力可能仅被用户感觉或体会为阻力。
107.基于控制信号1和控制信号2的高值和低值可根据pwm信号重复，因此电机驱动器电路112的控制状态可在第一控制状态与第二控制状态之间被重复切换。
108.处理器142可通过控制控制信号1和控制信号2中的每个的占空比来调整阻力的大小。例如，当在控制信号1和控制信号2中的每个的时段中保持高值的时间增加(即，保持低值的时间减少)时，与在控制信号1和控制信号2中的每个的时段中在第二控制状态下操作的电机114的比率相比，在控制信号1和控制信号2中的每个的时段中在第一控制状态下操作的电机114的比率可增加。因此，将被输出给用户的阻力的强度可增加。相反，当在控制信号1和控制信号2中的每个的时段中保持高值的时间减少(即，保持低值的时间增加)时，与
在控制信号1和控制信号2中的每个的时段中在第一控制状态下操作的电机114的比率相比，在控制信号1和控制信号2中的每个的时段中在第二控制状态下操作的电机114的比率可增加。因此，将被输出给用户的阻力的强度可减小。
109.在锻炼模式下，可穿戴装置100可在不向电机114提供电池150的电力的情况下输出阻力，因此可消耗电池150的较少电力并增加使用可穿戴装置100的可用时间。当电池150的电力被提供给电机114时，电机114可能发生故障。然而，在锻炼模式下，可不向电机114提供电池150的电力，因此可防止电机114的潜在故障，并且可进一步提高可穿戴装置100的安全性。
110.参照图10，可控制电机驱动器电路112不包括电池150。电池150可与电机114电断开。基于电机驱动器电路112的连接状态，电机114可通过外力产生电动势(在连接状态对应于闭环的情况下)，或者可不产生电动势(在连接状态对应于开环的情况下)。
111.图11是示出根据至少一个示例实施例的提供阻力的方法的示例的流程图。
112.可由可穿戴装置100执行将在下文中参照图11描述的操作1110至操作1180。尽管可穿戴装置100在上面被描述为穿戴在用户的下身上，但是可穿戴装置100的示例不限于此。例如，可穿戴装置100可被穿戴在用户的上身上。又例如，可穿戴装置100可被穿戴在用户的整个身体上。
113.参照图11，在操作1110中，可穿戴装置100从用户接收控制可穿戴装置100的操作模式。操作模式可包括锻炼模式和辅助模式，并且所接收的操作模式可以是锻炼模式或辅助模式。
114.例如，用户可通过经由无线网络连接到可穿戴装置100的用户终端将操作模式发送到可穿戴装置100。可穿戴装置100可通过通信模块接收操作模式。无线网络可包括例如蜂窝网络、蓝牙网络、wifi网络等，但是示例不限于此。
115.又例如，用户可通过可穿戴装置100的输入接口146输入操作模式。输入接口146可包括例如用于接收用户的输入的物理按钮、基于触摸面板形成的软件按钮、用于输出可穿戴装置100的状态的显示器和指示器等。指示器可以是例如发光二极管(led)，但是示例不限于此。
116.可在可穿戴装置100中预先设置控制可穿戴装置100的多个动态模式。
117.例如，可穿戴装置100可通过控制算法来控制可穿戴装置100的操作。控制算法可以是输出与包括例如来自用户的输入和来自传感器120、imu 130等的输入的输入对应的控制值的算法。例如，控制算法可基于指示与输入值对应的输出值的控制表来操作。
118.又例如，可穿戴装置100可基于与每个操作模式对应的神经网络而不是通过控制算法来控制可穿戴装置100的操作。神经网络可以是人工神经网络，并且通过机器学习预先被训练。神经网络可以是例如卷积神经网络(cnn)、递归神经网络(rnn)、深度神经网络(dnn)及其组合，但是示例不限于此。
119.响应于接收到输入，神经网络可输出该输入的结果。例如，当输入关节的角度时，利用辅助模式训练的神经网络可确定与角度对应的步伐状态并计算关节的辅助力矩值。又例如，当输入关节的角度时，利用锻炼模式训练的神经网络可确定与角度对应的步伐状态并计算和输出关节的阻力水平。在该示例中，将被计算的阻力水平可基于由用户设置的锻炼水平而变化。例如，当设置更高的锻炼水平时，可计算更高的阻力水平。
120.在操作1120中，可穿戴装置100使用传感器121测量用户的关节的角度。传感器121可以是角度传感器，并且测量髋关节、膝关节或踝关节中的至少一个的角度。可选地，可测量多个关节的相应角度。同时测量的关节的角度可形成关于特定时间的关节角度组。关节角度组可被用于确定用户的步伐周期的水平。例如，可基于髋关节角度、膝关节角度和踝关节角度来确定用户的腿部姿态。另外，关节角度组可另外包括基于相同关节角度的变化计算的角加速度。
121.尽管本文作为示例描述了髋关节、膝关节和踝关节，但是前面的描述也可被应用于其他关节，包括例如肩关节、肘关节和腕关节。
122.尽管操作1120被示出为在操作1110与1130之间执行，但是只要向传感器121提供电力，操作1120就可被连续地执行。传感器121可在预设时段生成包括例如关节角度的数据。也就是说，可相继地且连续地测量关节角度。
123.在操作1130中，可穿戴装置100的处理器142确定操作模式是锻炼模式还是辅助模式。当操作模式是锻炼模式时，可向用户提供阻力。当操作模式是辅助模式时，可向用户提供辅助力。为了向用户提供阻力，可执行操作1140至操作1160。为了向用户提供辅助力，可执行操作1170和操作1180。
124.尽管描述了在操作1130中确定操作模式，但是可在操作1130中确定操作模式是否是辅助模式，然后当确定操作模式不是辅助模式时，可确定操作模式是否是锻炼模式。可选地，可在操作1130中确定操作模式是否是锻炼模式，然后当确定操作模式不是锻炼模式时，可确定操作模式是否是辅助模式。
125.根据示例实施例，当用户行走时，可在整个步伐状态下应用锻炼模式，或者在特定步伐状态下选择性地应用锻炼模式。例如，可仅在用户选择的站立状态与摆动状态之间的摆动状态下应用锻炼模式。这里，为了确定用户的当前步伐状态，可使用用户的关节的角度。
126.在操作1140中，当操作模式是锻炼模式时，可穿戴装置100的处理器142基于测量的关节的角度来确定关节的阻力水平。例如，通过控制算法，可确定关节角度的输入的阻力水平。又例如，可通过将关节角度输入到基于操作模式确定的神经网络来输出阻力水平。
127.阻力水平是指用户可能感觉或体会的阻力的水平或大小。例如，当用户期望针对整个步态运动(或跑步运动)接收相同的阻力时，可针对整个步态运动确定相同的阻力水平。又例如，当用户期望针对步态机构的特定状态或阶段(例如，摆动状态)接收不同的阻力时，可基于关节角度(例如，关节角度组)来确定用户的步伐周期的水平，并且可确定与所确定的步伐周期的水平对应的阻力水平。步伐周期的水平可实时变化，并且因此将被确定的阻力水平可实时变化。
128.根据示例实施例，预先生成的阻力曲线可指示阻力水平关于整个步伐周期的轨迹。基于关于整个步伐周期的阻力曲线，可确定与当前步伐周期的水平对应的阻力水平。
129.阻力曲线可由用户调整。例如，用户可通过可穿戴装置100的输入接口146或连接至可穿戴装置100的用户终端来调整阻力曲线的至少一部分的阻力水平。也就是说，用户可调整阻力曲线的至少一部分的阻力水平，以设置用户期望的锻炼方法。将参照图12详细描述阻力曲线。
130.这里，可由可穿戴装置100的制造商预先训练用于每个操作模式的神经网络。另
外，神经网络可由可穿戴装置100的用户另外训练，例如微调。例如，用户可将关于神经网络的当前输出的反馈输入到可穿戴装置100，并且处理器142可另外训练神经网络使得反馈被反映。例如，为了训练神经网络，可使用反向传播或强化学习，但是示例不限于此。
131.根据示例实施例，可基于用户的关节的位置和角度确定阻力水平。例如，可预先设置用户的左腿的目标姿态，并且可基于目标姿态与用户的当前姿态之间的差异来确定阻力水平。在该示例中，当目标姿态与当前姿态之间的差异大时，可确定阻力水平低。相反，当目标姿态与当前姿态之间的差小时，可确定阻力水平高。另外，当当前姿态与目标姿态对应时，可向用户提供最高阻力水平。
132.例如，在将以预设或更大角度抬起大腿的姿态设置为目标姿态的情况下，当用户将大腿抬起得更高时，阻力水平可更高，并且用户可从目标姿态感觉或体会最强的阻力。
133.为了确定阻力水平，可使用应用了肌肉模型的阻尼控制技术。当通过阻尼控制技术确定的阻力水平按顺序变化时，可降低用户可能感觉或体会的对锻炼负荷变化的阻力的感觉。
134.根据通常已知的生物肌肉模型(例如，医学工程中开发的希尔型肌肉模型)，当刺激信号被输入到肌肉时，输入的刺激信号可被与肌肉产生的力成比例地放大(其是正反馈)，并且由刺激信号放大的肌肉力量(或力)可具有肌肉长度和肌肉收缩速度的关系表达。
135.当肌肉收缩最多并且当肌肉拉伸最多时，可能没有很大的力。然而，当肌肉具有适当的长度时，肌肉可能具有最强的力量。当变化的速度增加时，基于肌肉长度变化的速度产生的力可更大。
136.肌肉长度与肌肉的基于肌肉长度的肌肉力量之间的关系可以是正态分布的形式。肌肉拉伸速度与肌肉的基于肌肉拉伸速度的肌肉力量之间的关系可以是s形(sigmoid)的形式。
137.用户可基于肌肉的拉伸和相应力量或力的大小来熟悉身体移动的变化。因此，当向用户提供与响应于身体移动的变化而表现出的力的大小对应的阻力水平时，用户也可变得熟悉由阻力水平提供的阻力(或锻炼负荷)和基于阻力水平的变化的阻力的变化。
138.可穿戴装置100可基于用户的关节的位置和角度来计算用户的身体移动。在锻炼模式下，可穿戴装置100的处理器142可基于用户的关节的位置和角度来计算身体移动和通过该移动的相应力的大小，并且基于计算的力的大小来计算控制水平。
139.在操作1150中，可穿戴装置100的处理器142基于阻力水平确定电机驱动器电路112被控制为闭环的时间与电机驱动器电路112被控制为开环的时间之间的比率。这里，电机驱动器电路112被控制为闭环的时间与电机驱动器电路112被控制为开环的时间之间的比率也可被称为连接比。例如，可确定与阻力水平对应的电机驱动器电路112的连接比。电机驱动器电路112的连接比可指示当能量被控制为不从电池150提供给电机114时电机驱动器电路112被控制为闭环(例如，第一控制状态)或开环(例如，第二控制状态)的比率。例如，基于闭环状态，连接比为0.5可指示在设置(或者可选地，预设)时段内闭环状态被控制为50％并且开环状态被控制为50％。当阻力水平变化时，可动态地调整连接比。
140.例如，可使用pwm来实现连接比。然而，示例不限于前述示例，并且可应用各种方法来调整电机驱动器电路112的连接状态。当使用pwm来控制连接比时，在操作1150中确定的连接比可由具有特定占空比的pwm表示。具有占空比的pwm可被设置(或者可选地，预设)，使
得向用户提供期望的阻力。通过具有占空比的pwm，电机驱动器电路112可被控制为闭环(第一控制状态)或开环(第二控制状态)。例如，处理器142可通过使用pwm控制电机驱动器电路112中的每个开关的操作来控制电机驱动器电路112为闭环或开环。
141.当电机驱动器电路112是闭环时，电机114可作为发电机操作，并且电机114的反向驱动能力可通过动态制动而减小。当反向驱动能力减小时，用户可感觉到或体会的阻力可增加。相反，当电机驱动器电路112是开环时，电机114的反向驱动能力可增加，并且用户可仅体会齿轮比的摩擦力作为阻力。
142.可通过基于连接比调整电机驱动器电路112的开-闭状态比率来获得期望的反向驱动能力。例如，可按照在pwm的均匀且重复的时间间隔内电机驱动器电路112被控制为闭环或开环的比率来调整将提供给用户的阻力，并且当控制电机驱动器电路112为闭环的时间的比率增加时，阻力可增加。
143.在操作1160中，可穿戴装置100的处理器142基于确定的连接比通过电机驱动器电路112控制电机114。电机驱动器电路112可包括基于连接比将被控制的至少一个开关(例如，第一开关710至第四开关740)，并且电机驱动器电路112可通过开关被控制为闭环或开环。当锻炼模式被设置为可穿戴装置100的操作模式时，可穿戴装置100的能量可不被提供给电机114。例如，存储在可穿戴装置100的电池150中的电能可不被提供给电机114。在该示例中，尽管不向电机114提供电能，但是可通过控制电机驱动器电路112为闭环或开环来控制电机112的反向驱动能力，因此可通过控制的反向驱动能力来调整阻力。
144.当用户不移动时，电机112可不作为发电机操作。当电机112不作为发电机操作时，可不产生阻力并将其提供给用户。也就是说，基于电机112的反向驱动能力产生的阻力可仅在用户移动时存在。
145.当电机112作为发电机操作时，可穿戴装置100的电池150可基于由发电机产生的能量来充电。也就是说，当可穿戴装置100在锻炼模式下操作时，可穿戴装置100的电池150的能量可被相当少地消耗，而是被充电。当可穿戴装置100在锻炼模式下操作时，即使不从外部供应能量，可穿戴装置100也可继续操作。
146.当可穿戴装置100的操作模式被设置为锻炼模式时，可执行上述操作1140至操作1160。当可穿戴装置100的操作模式被设置为辅助模式时，可执行将在下文中描述的操作1170和操作1180。
147.在操作1170中，当从用户接收到辅助模式作为输入时，可穿戴装置100的处理器142基于测量的关节角度来计算关节的辅助力矩值。例如，可通过控制算法确定输入关节角度的辅助力矩值。又例如，可通过将关节角度输入到基于操作模式确定的神经网络来输出辅助力矩值。
148.根据示例实施例，处理器142可基于关节的角度来确定用户的步伐状态或步伐阶段或者步伐周期的进展，并且确定与确定的步伐状态或确定的步伐周期的进展对应的辅助力矩值。例如，当将被测量的关节的数量增加时，可确定更准确的步伐状态或更准确的步伐周期的进展。
149.例如，可基于期望的(或者可选地，预设的)力矩曲线来确定辅助力矩值。然而，计算辅助力矩值的方法不限于前述示例。
150.在操作1180中，可穿戴装置100的处理器142通过基于辅助力矩值控制电机114向
用户提供辅助力。可穿戴装置100可使用可穿戴装置100的电池150来操作或驱动电机114，使得输出辅助力矩，并且通过由电机114输出的辅助力矩向用户提供辅助力。辅助力矩值可指示施加到电机114的控制信号，并且辅助力矩可指示由电机114基于辅助力矩值输出的旋转力矩。辅助力可指示用户可通过辅助力矩感觉或体会的力。
151.尽管参照图11将可穿戴装置100描述为向用户提供锻炼模式和辅助模式两者，但是可穿戴装置100可仅在锻炼模式下操作。在可穿戴装置100仅在锻炼模式下操作的情况下，可不执行上述操作1110、操作1130、操作1170和操作1180。另外，可穿戴装置100可不包括用于向电机114提供电力的电池。当不包括电池时，可穿戴装置100可在重量方面减轻。
152.图12是示出根据至少一个示例实施例的从用户终端输出的阻力曲线的示例的图。
153.参照图12，可穿戴装置100可通过有线或无线网络连接至用户终端1200。例如，可穿戴装置100可通过安装在用户终端1200中的应用来发送和接收与可穿戴装置100相关联的信息。与可穿戴装置100相关联的信息可包括例如可穿戴装置100的设置值、可穿戴装置100的操作状态、可穿戴装置100的装置状态等。可穿戴装置100的设置值可包括例如由用户为辅助模式或锻炼模式设置的详细设置值。可穿戴装置100的操作状态可包括例如用户的当前步伐状态或步伐周期的进展。可穿戴装置100的装置状态可包括例如电池150的剩余量。
154.与锻炼模式相关联的各种阻力曲线可被预先存储在可穿戴装置100或用户终端1200中。例如，可预先生成阻力曲线以产生不同的锻炼效果。
155.用户可通过将阻力曲线1210的至少一部分1220调整为用户期望的阻力水平来个性化现有阻力曲线1210。例如，部分1220可对应于摆动状态，并且用户可调整部分1220的阻力水平，使得阻力水平在摆动状态下将被几乎最小化。例如，用户可通过经由用户终端1200的触摸面板触摸部分1220并拖动所选择的部分1220的轨迹来调整阻力水平。
156.图13是示出根据至少一个示例实施例的提供阻力的方法的另一示例的流程图。
157.可由可穿戴装置100执行将在下文中参照图13描述的操作1310至操作1380。
158.参照图13，在操作1310中，可穿戴装置100从用户接收控制可穿戴装置100的操作模式。对于操作1310的更详细描述，可参考上面参照图11提供的操作1110的描述。
159.在操作1320中，可穿戴装置100使用传感器121测量用户的关节的角度。对于操作1320的更详细描述，可参考上面参照图11提供的操作1120的描述。操作1320可与操作1330并行地被独立地执行。
160.在操作1330中，可穿戴装置100确定操作模式是锻炼模式还是辅助模式。
161.例如，在可穿戴装置100基于多个神经网络进行操作的情况下，可穿戴装置100可确定与所确定的操作模式对应的神经网络。基于所确定的神经网络，可执行后续操作。例如，可针对锻炼模式确定锻炼模式神经网络，并且可针对辅助模式确定辅助模式神经网络。当操作模式是锻炼模式时，可执行操作1340至操作1360。当操作模式是辅助模式时，可执行操作1370和操作1380。
162.尽管上面描述了锻炼模式或辅助模式基于其对应的神经网络进行操作，但是示例不限于此。例如，可通过控制算法而不是这种神经网络来控制可穿戴装置100的操作。
163.《锻炼模式》
164.在操作1340中，可穿戴装置100的处理器142基于关节的测量角度来确定关节的阻
力水平。对于操作1340的更详细描述，可参考上面参照图11提供的操作1140的描述。
165.在操作1350中，可穿戴装置100的处理器142确定与阻力水平对应的电机驱动器电路112的连接比。对于操作1350的更详细描述，可参考上面参照图11提供的操作1150的描述。
166.在操作1360中，可穿戴装置100的处理器142通过电机驱动器电路112的连接比来控制电机114。对于操作1360的更详细描述，可参考上面参照图11提供的操作1160的描述。
167.《辅助模式》
168.在操作1370中，可穿戴装置100的处理器142基于关节的测量角度来计算关节的辅助力矩值。对于操作1370的更详细描述，可参考上面参照图11提供的操作1170的描述。
169.在操作1380中，可穿戴装置100的处理器142通过基于辅助力矩值控制电机114向用户提供辅助力。对于操作1380的更详细描述，可参考上面参照图11提供的操作1180的描述。
170.图14是示出根据至少一个示例实施例的开环的电机驱动器电路的示例的图。
171.参照图14，电机驱动器电路1400可以是h型桥接电路。电机驱动器电路1400可具有基于开关1410至开关1440的连接状态确定的断开或闭合状态。开关1410至开关1440可由例如双极结型晶体管(bjt)和金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)来实现，但是示例不限于此。
172.当电机驱动器电路1400处于开路状态时，电机114的动态制动可被最小化，并且因此电机114的反向驱动能力可增加。在这种情况下，反向驱动能力可以是由连接到电机114的齿轮产生的摩擦力。
173.图15和图16是示出根据至少一个示例实施例的闭环的电机驱动器电路的示例的图。
174.根据示例实施例，电机驱动器电路1400的闭环可被形成为包括电池150和电机114。
175.例如，当电机驱动器电路1400的开关1410和开关1440断开并且电机驱动器电路1400的开关1420和开关1430闭合时，提供给电机114的电流可在第一方向1510上流动。
176.又例如，当开关1410和开关1440闭合并且开关1420和开关1430断开时，提供给电机114的电流可在第二方向1610上流动。第二方向1610可以是与第一方向1510相反的方向。基于这样的电流方向，电机114的轴的旋转方向可变化。
177.可在辅助模式的情况下形成这些示例性闭环，并且可基于将被提供给用户的辅助力的方向来确定示例性电流方向1510和电流方向1610。
178.图17是示出根据至少一个示例实施例的闭环的电机驱动器电路的示例的图。
179.参照图17，连接到被控制为不使用电池150的能量的电机114的电机驱动器电路1400可形成闭环。也就是说，在图17的示例中，电机驱动器电路1400可以是用于不使用电池150的电力的锻炼模式的电机驱动器电路和连接到电机114的闭环电路。
180.例如，当电机驱动器电路1400的开关1410和开关1430断开并且电机驱动器电路1400的开关1420和开关1440闭合时，可形成包括电机114的闭环。也就是说，闭环可由电机驱动器电路1400的下方驱动器电路形成。闭环可在锻炼模式的情况下形成，并且可发生电机114的动态制动。旋转电机114的用户可通过动态制动感觉或体会阻力。
181.图18是示出根据至少一个示例实施例的包括制动电阻器的闭环的电机驱动器电路的示例的图。
182.参照图18，电机驱动器电路1800包括电池150、连接到电机114的开关1810至开关1840、以及制动电阻器1850。开关1820和开关1840闭合，因此可形成包括电机114的闭环。当形成闭环时，可使用户感觉或体会的阻力最大化。
183.当通过连接比调整电机驱动器电路1800的开环状态和闭环状态的比率时，可调整阻力的水平。可保持闭环状态以使阻力最大化，并且可保持开环状态以使阻力最小化。
184.例如，在电机驱动器电路1800被控制为闭环的状态下，电机114可作为针对用户的外力的发电机操作，并且所产生的能量可通过制动电阻器1850作为热量被消耗。又例如，在电机驱动器电路1800中，作为由电机114产生的能量的电流可通过二极管在从电池150的( )端子到电池150的(-)端子的方向上流动，而不管电机114的旋转轴的旋转方向如何。因此，所产生的能量可对电池150充电。
185.图19是示出根据至少一个示例实施例的包括电阻器的闭环的电机驱动器电路的示例的图。
186.参照图19，通过将包括至少一个电阻器1962和开关1964的辅助路径添加到上面参照图14至图17描述的电机驱动器电路1400而获得的电机驱动器电路1900可增加闭环的电稳定性。
187.在包括电机114的处于闭环状态的电机驱动器电路1900中，电机114可在通过外力旋转时作为发电机操作并产生电动势。由于所产生的电动势，闭环中的电子组件可能被损坏。因此，通过将电阻器1962添加到闭环，闭环的内部电阻值可增加，并且因此由电动势产生的电流的大小可减小。随着电流的大小减小，闭环中的内部电子组件被损坏的概率也可减小。
188.图20是示出根据至少一个示例实施例的包括无刷直流(bldc)电机的闭环的电机驱动器电路的示例的图。
189.图14至图19所示的电机驱动器电路1400、1800和1900可被连接到直流(dc)电机。参照图20，作为另一示例，电机驱动器电路2000可被连接到bldc电机2005。bldc电机2005可被连接到电机驱动器电路2000中的三个端子。通常，与dc电机相比，bldc电机可产生相对于体积较大的力矩，并且可能不会在电刷与转子线圈之间产生的摩擦，这是因为其不使用在dc电机中用于对电流进行换向的机械电刷。由于在电刷与转子线圈之间没有摩擦，因此bldc电机可具有比dc电机更好的耐久性。
190.例如，当电机驱动器电路2000的开关2010、开关2030和开关2050断开并且电机驱动器电路2000的开关2020、开关2040和开关2060闭合时，可形成包括bldc电机2005的闭环。可在不包括电池150的情况下形成闭环。
191.当pwm信号被施加到开关2020、开关2040和开关2060时，可控制电机驱动器电路2000的闭环状态和开环状态。这里，控制比可根据阻力水平而变化。
192.开关2020可控制bldc电机2005的第一端子(u)的断开和闭合。开关2040可控制bldc电机2005的第二端子(v)的断开和闭合。开关2060可控制bldc电机2005的第三端子(w)的断开和闭合。例如，当将相同的pwm信号施加到开关2020、开关2040和开关2060时，可形成与bldc电机2005的换向顺序无关的闭环。
193.由于bldc电机2005连接到三个端子u、v和w，因此可通过确定转子的霍尔传感器信息(例如，电机的旋转轴的角度)并且然后选择性地连接开关2020、开关2040和开关2060中的两个开关以匹配换向顺序来形成闭环，以便在端子u、v和w之间形成电闭环。然而，在控制bldc电机2005以在锻炼模式下仅控制bldc电机2005的反向驱动能力的情况下，可通过连接所有开关2020、开关2040和开关2060来形成闭环，而不考虑换向顺序。在这种情况下，不需要考虑换向顺序来形成闭环，可减少计算换向顺序所需的时间，并且也可降低bldc电机2005的故障概率。
194.又例如，可将pwm信号施加到开关2020、开关2040和开关2060中的每个，以形成与基于bldc电机2005的旋转轴的角度分类的状态的换向顺序对应的闭环。
195.图21是示出根据至少一个示例实施例的可穿戴装置的驱动器的示例的图。
196.参照图21，可穿戴装置100的驱动器110包括电机2110、离合器2120以及包括低减速齿轮2130和高减速齿轮2140的多个齿轮。从这些齿轮中，可根据用户的输入或确定的阻力水平来选择不同的齿轮。离合器2120可通过将电机2110选择性地连接到齿轮中的一个来控制驱动力的传递。
197.可基于可穿戴装置100的操作模式的目标来不同地设置齿轮比，并且因此可调整将被提供给用户的阻力的大小。
198.与上面参照图1a至图1d描述的髋部型可穿戴装置100不同，可穿戴装置可以是将在下文中参照图22至图24描述的全身型可穿戴装置1。全身型可穿戴装置1可被配置为分别向用户的髋关节、膝关节和踝关节提供行走辅助力矩。
199.《全身型行走辅助装置的概述》
200.图22至图24是示出根据至少一个示例实施例的全身型可穿戴装置1的示例的图。
201.图22是全身型可穿戴装置1的前视图，图23是全身型可穿戴装置1的侧视图，并且图24是全身型可穿戴装置1的后视图。
202.根据示例实施例，全身型可穿戴装置1可包括上述驱动器110、传感器120、imu 130、控制器140和电池150。
203.参照图22至图24，全身型可穿戴装置1可被设置在将被穿戴在用户的左腿和右腿上的外骨骼结构中。在穿上可穿戴装置1的情况下，用户可能够执行各种移动，例如伸展、屈曲、内收和外展。伸展可指示拉伸关节的移动或锻炼，并且屈曲可指示弯曲关节的移动或锻炼。内收可指示移动腿部以更靠近身体的中轴线的移动或锻炼，并且外展可指示在远离身体的中轴线的方向上伸展腿部的移动或锻炼。
204.参照图22至图24，可穿戴装置1包括主体部分10和包括20r和20l、30r和30l、以及40r和40l的装置部分。
205.主体部分10包括嵌入各种组件的壳体11。将被嵌入壳体11中的组件可包括例如中央处理单元(cpu)、印刷电路板(pcb)、各种类型的存储装置和电源。尽管未示出，但是全身型可穿戴装置1还可包括上述驱动器110、传感器120、imu 130和控制器140。例如，主体部分10可包括控制器140，其中，控制器140可包括cpu和pcb。
206.cpu可以是微处理器。微处理器可在硅芯片中被设置有算术逻辑运算器、寄存器、程序计数器、指令解码器和/或控制电路。cpu可选择适合于行走环境的控制模式，并且生成控制信号以控制装置部分的操作。
207.pcb是指其上印刷有电路的板，并且cpu和/或各种存储装置可被安装在pcb中。pcb可被固定到壳体11的内侧表面。
208.各种类型的存储装置可被嵌入壳体11中。存储装置可包括被配置为磁化磁盘表面并存储数据的磁盘存储装置，以及被配置为使用各种类型的存储器半导体来存储数据的半导体存储器装置。
209.嵌入在壳体11中的电源可向嵌入在壳体11中的各种组件或装置部分供电。
210.主体部分10还包括被配置成支撑用户的腰部的腰部支撑件12。腰部支撑件12可以以支撑用户腰部的弯曲平坦表面板的形状被设置。
211.主体部分10还包括被配置为将壳体11固定到用户的髋部的固定部11a和被配置为将腰部支撑件12固定到用户的腰部的固定部12a。固定部11a和12a可由弹性的带子、皮带和条带中的一种来实现。
212.主体部分10还包括imu 130。例如，imu 130可被设置在壳体11的内部或外部。imu 130可被设置在pcb上，其中，pcb设置在壳体11内部。imu 130可测量加速度和角速度。
213.装置部分包括如图22至图24所示的第一结构20、第二结构30和第三结构40。
214.包括右部分20r和左部分20l的第一结构20可在用户行走时辅助或支撑用户的大腿和髋关节的移动。第一结构20包括具有21r和21l的第一驱动装置、具有22r和22l的第一支撑件以及具有23r和23l的第一固定部。
215.驱动器110可包括具有21r和21l的第一驱动装置。驱动器110的描述可用下文中参照图22至图24提供的包括21r和21l的第一驱动装置的描述代替。
216.包括21r和21l的第一驱动装置可被设置在包括20r和20l的第一结构20的髋关节上，并且在特定方向上产生不同大小的旋转力。在包括21r和21l的第一驱动装置中产生的旋转力可被施加到包括22r和22l的第一支撑件。包括21r和21l的第一驱动装置可被设置为在人体髋关节的运动范围内旋转。
217.包括21r和21l的第一驱动装置可基于由主体部分10提供的控制信号进行操作。包括21r和21l的第一驱动装置可由电机、真空泵和液压泵中的一个来实现，但是示例不限于此。
218.关节角度传感器可被设置在包括21r和21l的第一驱动装置周围。关节角度传感器可检测包括21r和21l的第一驱动装置在旋转轴线上旋转的角度。传感器120可包括关节角度传感器。
219.包括22r和22l的第一支撑件可被物理地连接到包括21r和21l的第一驱动装置。包括22r和22l的第一支撑件可通过从包括21r和21l的第一驱动装置产生的旋转力在特定方向上旋转。
220.包括22r和22l的第一支撑件可以以各种形状被设置。例如，包括22r和22l的第一支撑件可以以节点彼此连接的形状被设置。接头可在节点之间，通过该接头，包括22r和22l的第一支撑件可在一定范围内被弯曲。又例如，包括22r和22l的第一支撑件可以以杆的形状被设置。在该示例中，包括22r和22l的第一支撑件可由可在一定范围内被弯曲的柔性材料形成。
221.包括23r和23l的第一固定部可被设置在包括22r和22l的第一支撑件中。包括23r和23l的第一固定部可将包括22r和22l的第一支撑件固定到用户的大腿。
222.图22至图24示出了包括22r和22l的第一支撑件通过包括23r和23l的第一固定部固定在用户大腿的外侧。当包括21r和21l的第一驱动装置操作并且包括22r和22l的第一支撑件旋转时，固定有包括22r和22l的第一支撑件的大腿也可在与包括22r和22l的第一支撑件旋转的旋转方向相同的方向上旋转。
223.包括23r和23l的第一固定部可由弹性的带子、皮带和条带中的一种或金属材料来实现。图22示出了包括作为链条的23r和23l的第一固定部。
224.包括右部分30r和左部分30l的第二结构30可在用户行走时辅助或支撑用户的小腿和膝关节的移动。包括30r和30l的第二结构30包括：具有31r和31l的第二驱动装置、具有32r和32l的第二支撑件、以及具有33r和33l的第二固定部。
225.包括31r和31l的第二驱动装置可被设置在包括30r和30l的第二结构30的膝关节上，并且在特定方向上产生不同大小的旋转力。在包括31r和31l的第二驱动装置中产生的旋转力可被施加到包括32r和32l的第二支撑件。包括31r和31l的第二驱动装置可被设置为在人体的膝关节的运动范围内旋转。
226.驱动器110可包括具有31r和31l的第二驱动装置。这里，上面参照图1a至图1d关于髋关节描述的内容可被类似地和基本上应用于膝关节。
227.包括31r和31l的第二驱动装置可基于由主体部分10提供的控制信号进行操作。包括31r和31l的第二驱动装置可由电机、真空泵和液压泵中的一个来实施，但是示例不限于此。
228.关节角度传感器可被设置在包括31r和31l的第二驱动装置周围。关节角度传感器可检测包括31r和31l的第二驱动装置在旋转轴上旋转的角度。传感器120可包括关节角度传感器。
229.包括32r和32l的第二支撑件可被物理地连接到包括31r和31l的第二驱动装置。包括32r和32l的第二支撑件可通过从第二驱动装置31r和31l产生的旋转力在某方向上旋转。
230.包括33r和33l的第二固定部可被设置在包括32r和32l的第二支撑件中。包括33r和33l的第二固定部可将包括32r和32l的第二支撑件固定到用户的小腿。图22至图24示出了包括32r和32l的第二支撑件通过包括33r和33l的第二固定部固定在用户小腿的外侧。当包括31r和31l的第二驱动装置操作并且包括32r和32l的第二支撑件旋转时，固定有包括32r和32l的第二支撑件的小腿也可在与包括32r和32l的第二支撑件旋转的旋转方向相同的方向上旋转。
231.包括33r和33l的第二固定部可由弹性的带子、皮带和条带中的一种或金属材料来实现。
232.包括右部分40r和左部分40l的第三结构40可在用户行走时辅助或支撑用户的踝关节和相关肌肉的移动。包括40r和40l的第三结构40包括具有41r和41l的第三驱动装置、具有42r和42l的脚支撑件以及具有43r和43l的第三固定部。
233.驱动器110可包括具有41r和41l的第三驱动装置。这里，上面参照图1a至图1d关于髋关节描述的内容可被类似地和基本上应用于踝关节。
234.包括41r和41l的第三驱动装置可被设置在包括40r和40l的第三结构40的踝关节上，并且基于由主体部分10提供的控制信号进行操作。类似于包括21r和21l的第一驱动装置或包括30r和30l的第二驱动装置，包括41r和41l的第三驱动装置可由电机来实现。
235.包括42r和42l的脚支撑件可被设置在与用户的脚的脚底对应的位置处，并且物理地被连接到包括41r和41l的第三驱动装置。
236.包括43r和43r的第三固定部可被设置在包括42r和42l的脚支撑件中。包括43r和43l的第三固定部可将用户的脚固定到包括42r和42l的脚支撑件。
237.可使用硬件组件和软件组件来实现在此描述的单元和/或模块。例如，硬件组件可包括麦克风、放大器、带通滤波器、音频到数字转换器和处理装置。可使用被配置为通过执行算术、逻辑和输入/输出操作来实施和/或执行程序代码的一个或更多个硬件装置来实现处理装置。(一个或更多个)处理装置可包括处理器、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单元、微处理器或能够以定义的方式响应和执行指令的任何其他装置。处理装置可运行操作系统(os)和在os上运行的一个或更多个软件应用。处理装置还可响应于软件的执行来访问、存储、操纵、处理和创建数据。为了简单起见，处理装置的描述被用作单数；然而，本领域技术人员将理解，处理装置可包括多个处理元件和多种类型的处理元件。例如，处理装置可包括多个处理器或处理器和控制器。另外，不同的处理配置是可能的，诸如并行处理器。
238.软件可包括计算机程序、代码段、指令或它们的某种组合，以独立地或共同地指示和/或配置处理装置以根据需要操作，从而将处理装置转换为专用处理器。软件和数据可永久地或临时地实现在任何类型的机器、组件、物理或虚拟装置、计算机存储介质或装置中，或者实现在能够向处理装置提供指令或数据或者能够由处理装置解释的传播信号波中。软件还可分布在网络耦接的计算机系统上，使得软件以分布式方式被存储和执行。软件和数据可被一个或更多个非暂时性计算机可读记录介质存储。
239.根据上述示例实施例的方法可被记录在非暂时性计算机可读介质中，该非暂时性计算机可读介质包括用于实现上述示例实施例的各种操作的程序指令。介质还可单独地或与程序指令组合地包括数据文件、数据结构等。记录在介质上的程序指令可以是为了示例实施例的目的而专门设计和构造的程序指令，或者它们可以是计算机软件领域的技术人员公知和可用的类型。非暂时性计算机可读介质的示例包括磁介质(诸如硬盘、软盘和磁带)，光学介质(诸如cd-rom盘、dvd和/或蓝光盘)，磁光介质(诸如光盘)，以及专门被配置为存储和执行程序指令的硬件装置(诸如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、闪存(例如，usb闪存驱动器、存储卡、记忆棒等)，等等)。程序指令的示例包括机器代码(诸如由编译器产生)和包含可由计算机使用解释器执行的更高级代码的文件。上述装置可被配置为用作一个或更多个软件模块，以执行上述示例实施例的操作，反之亦然。
240.上面已经描述了多个示例实施例。然而，应当理解，可对这些示例实施例进行各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序被执行和/或如果所描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同的方式被组合和/或被其他组件或其等同物替换或补充，则可获得合适的结果。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。