專利名稱：用于輔助附肢運(yùn)動(dòng)的佩戴裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作的佩戴裝置。
技術(shù)背景某些國(guó)家正面臨人口老齡化。因此，需要鼓勵(lì)長(zhǎng)者通過(guò)每天運(yùn)動(dòng)來(lái)保持 健康。然而，大多數(shù)長(zhǎng)者都不愿或不會(huì)有規(guī)律地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)來(lái)保持他們的肌肉力 量。并且在退休后，他們往往呆在家中而很少運(yùn)動(dòng)。罹患中風(fēng)的傷殘人士需要康復(fù)訓(xùn)練以幫助他們恢復(fù)大腦與附肢之間的神 經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)。同樣地，附肢有缺陷和希望多加鍛煉的人也需要增加他們的肌肉 力、靈活性以及手眼協(xié)調(diào)性。因此，需要一種可以供長(zhǎng)者和傷殘人士安全使用以輔助其與關(guān)節(jié)相連的 附肢的動(dòng)作的佩戴裝置。發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的第一優(yōu)選方面，提供了一種用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作 的佩戴裝置，所述佩戴裝置包括用于產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元具有與附 肢可操作連接的遠(yuǎn)端部，在此所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)使得附肢移動(dòng)并圍繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)；力測(cè)量單元，用于測(cè)量施加到附肢或直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元上的力的變化；以及位移測(cè)量單元，用于測(cè)量當(dāng)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的位移；其中，直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元基于力測(cè)量單元測(cè)得的力的變化或位移測(cè)量單元5測(cè)得的位移來(lái)生成具有預(yù)定速度的直線運(yùn)動(dòng)的預(yù)定距離以輔助附肢的動(dòng)作-。 優(yōu)選地，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元可以是直線驅(qū)動(dòng)器。 優(yōu)選地，所述力測(cè)量單元可以是負(fù)荷傳感器。 優(yōu)選地，所述位移測(cè)量單元可以是電位計(jì)。優(yōu)選地，所述位移測(cè)量單元可以定位在所述直線驅(qū)動(dòng)器的絲杠(lead screw)上0優(yōu)選地，所述佩戴裝置進(jìn)一步包括微控制單元(MCU)，所述MCU使用發(fā)送自力測(cè)量單元和位移測(cè)量單元的反饋信號(hào)來(lái)處理反饋控制回路以控制所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的操作。所述力測(cè)量單元測(cè)得的力可供MCU進(jìn)行處理以確定將要提供給直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的電壓級(jí)別，該直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元基于該電壓級(jí)別產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)速度的直線運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)距離。優(yōu)選地，可采用所述位移測(cè)量單元測(cè)量所述位移，同時(shí)可記錄時(shí)間值。 優(yōu)選地，所述佩戴裝置可進(jìn)一步包括訓(xùn)練軟件模塊，用于通過(guò)將記錄的位移和時(shí)間值與參考位移和時(shí)間值進(jìn)行比較來(lái)估計(jì)在訓(xùn)練測(cè)試中使用所述佩戴裝置的用戶的完成情況?？苫诒徽J(rèn)定為初級(jí)用戶、中級(jí)用戶或高級(jí)用戶的用戶所需的輔助級(jí)別來(lái)調(diào)節(jié)直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)的力和位移量。 優(yōu)選地，所述佩戴裝置可定位在附肢的內(nèi)側(cè)或橫側(cè)。 優(yōu)選地，所述佩戴裝置可進(jìn)一步包括用于將其固定在附肢上的緊固件。 優(yōu)選地,所述佩戴裝置可進(jìn)一步包括可操作連接到所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的便攜式控制單元，所述便攜式控制單元包括用于向所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元供電的電池。在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作的方法，所述方法包括使用直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元生成直線運(yùn)動(dòng)以使得附肢移動(dòng)并圍繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)；測(cè)量施加到附肢或直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元上的力的變化； 測(cè)量當(dāng)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的位移；且，直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元基于測(cè)得的力的變化或測(cè)得的位移來(lái)生成具有預(yù)定 速度的直線運(yùn)動(dòng)的預(yù)定距離以輔助附肢的動(dòng)作。
在本發(fā)明的第三方面中，提供了一種用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作的 系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
用于產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元具有與附 肢可操作連接的遠(yuǎn)端部，在此所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)使得附肢 移動(dòng)并圍繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)；
力測(cè)量單元，用于測(cè)量施加到附肢或直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元上的力的變化；以
及
位移測(cè)量單元，用于測(cè)量當(dāng)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的位 移；以及
可操作連接到所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的便攜式控制單元，所述便攜式控制 單元包括用于向所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元供電的電池和用于控制所述直線運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生單元產(chǎn)生的輔助級(jí)別的處理器；
其中直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元基于力測(cè)量單元測(cè)得的力的變化或位移測(cè)量單元 測(cè)得的位移來(lái)生成具有預(yù)定速度的直線運(yùn)動(dòng)的預(yù)定距離以輔助附肢的動(dòng)作。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中-
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于肘關(guān)節(jié)的佩戴裝置的示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于膝關(guān)節(jié)的佩戴裝置的示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于橈腕關(guān)節(jié)的佩戴裝置的示意圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于肩關(guān)節(jié)的佩戴裝置的示意圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于肘關(guān)節(jié)的佩戴裝置處于非彎曲位
置(unbentposition)的示意圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于肘關(guān)節(jié)的佩戴裝置處于彎曲位置
的示意圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的佩戴裝置的原理框7圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的便攜式控制單元的示意圖；和 圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于控制和操作佩戴裝置的系統(tǒng)的系 統(tǒng)框圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作的方法 的步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，提供了輔助與關(guān)節(jié)52相連的附肢50、 51的動(dòng)作的佩戴裝置 10。通常，該裝置IO可看作是將供用戶佩帶的自動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)。該裝置10通常 包括直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元20、力測(cè)量單元30和位移測(cè)量單元40。該直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn) 生單元20沿其縱軸產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)以展開(kāi)并縮短裝置10的長(zhǎng)度。該裝置10的 遠(yuǎn)端部可釋放地固定到各個(gè)附肢50、 51中的每一個(gè)上。該裝置IO產(chǎn)生的直線 運(yùn)動(dòng)使得附肢50、 51移動(dòng)并圍繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，從而輔助附肢50、 51的動(dòng)作。力 測(cè)量單元30測(cè)量施加到附肢50、 51或直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元20上的力的變化。 位移測(cè)量單元40測(cè)量當(dāng)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元20的位移。 所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元20產(chǎn)生具有預(yù)定速度的直線運(yùn)動(dòng)的預(yù)定距離。該預(yù)定 距離和預(yù)定速度與力測(cè)量單元30測(cè)得的力或位移測(cè)量單元40測(cè)得的位移成比 例。直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元20的驅(qū)動(dòng)量和速度取決于力測(cè)量單元30測(cè)得的力或位 移測(cè)量單元40測(cè)得的位移。
優(yōu)選地，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元20是直線驅(qū)動(dòng)器。該直線驅(qū)動(dòng)器20產(chǎn)生 活塞運(yùn)動(dòng)并結(jié)合附肢(曲柄半徑)和關(guān)節(jié)(曲柄中心)進(jìn)而形成一種曲柄活塞 運(yùn)動(dòng)。該直線驅(qū)動(dòng)器20將附肢50、 51保持在固定位置而無(wú)需消耗能量。因此， 這可以增加電池使用壽命，其意味著由于無(wú)需大量電能，所以不需要很重的電 池。使用直線驅(qū)動(dòng)器比其他驅(qū)動(dòng)裝置更為安全，這是因?yàn)槿绻╇娭袛啵湟?可將附肢保持在固定位置。該直線驅(qū)動(dòng)器20可僅使用較小的步進(jìn)電機(jī)來(lái)精確 分送增量運(yùn)動(dòng)(incremental movement),進(jìn)而提供很大的力，這也是非常有利 的。可以通過(guò)改變施加的DC電壓來(lái)調(diào)節(jié)這個(gè)力。因?yàn)檠b置10的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn) 單，易于制造，因此其產(chǎn)品成本較低，這可增加那些經(jīng)濟(jì)不是非常寬裕的長(zhǎng)者的市場(chǎng)接受度。優(yōu)選地，佩戴i^裝置io可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)者的室內(nèi)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。該直線
驅(qū)動(dòng)器20具有26 mm的電機(jī)直徑，且該電機(jī)可以是由Thomson Airpax Mechatronics制造的任意一款電機(jī)。該直線驅(qū)動(dòng)器20包括具有將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 換成直線運(yùn)動(dòng)的絲杠21的步進(jìn)電機(jī)。該直線驅(qū)動(dòng)器20可獲得每步千分之一英 寸(0.001英寸或0.0254mm)的精度。
優(yōu)選地，所述力測(cè)量單元可以是負(fù)荷傳感器30。該負(fù)荷傳感器30可測(cè)量 沿著直線驅(qū)動(dòng)器20的絲杠21的力。例如，在舉起手臂以克服其重力的例子中， 該用戶無(wú)需使用那么大的力。但是，可由負(fù)荷傳感器30測(cè)得力的改變(張力 的減少)來(lái)檢測(cè)用戶運(yùn)動(dòng)意圖。例如，如果前臂50的重量是2kg，負(fù)荷傳感器 30將測(cè)得該力為1.9kg，這將高于靜止閾值?；跍y(cè)得的力的變化(2- 1.9)kg = 100g，直線驅(qū)動(dòng)器20將被觸發(fā)并按照一定比例的力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。負(fù)荷傳感器30 是可用于將力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的常用電子器件。負(fù)荷傳感器30定位在直線驅(qū)動(dòng) 器20的絲杠21上進(jìn)而感應(yīng)施加到附肢上的力。負(fù)荷傳感器30也可感應(yīng)附肢 關(guān)節(jié)52的阻力。這可防止因直線驅(qū)動(dòng)器20的驅(qū)動(dòng)力過(guò)大造成傷害。
直線驅(qū)動(dòng)器20的張開(kāi)或回縮速度可由負(fù)荷傳感器30測(cè)得的力確定。如果 負(fù)荷傳感器30測(cè)到的力大于靜止閾值，將施加與檢測(cè)到的力成比例的速度， 直到檢測(cè)到的力小于靜止閾值。該靜止閾值是力的顯示窗口，其即使在負(fù)荷傳 感器30檢測(cè)的力非常小的時(shí)候也可允許直線驅(qū)動(dòng)器20完全停止。該靜止閾值 可由用戶定義。例如，對(duì)于一個(gè)體重是50kg到100kg的人，該靜止閾值可以 是50g到150g。靜止閾值越高，直線驅(qū)動(dòng)器20觸發(fā)運(yùn)動(dòng)的初始力的變化越大。
優(yōu)選地，所述位移測(cè)量單元是電位計(jì)40。該電位計(jì)40測(cè)量所述直線驅(qū)動(dòng) 器20的活塞運(yùn)動(dòng)的位移。這可實(shí)現(xiàn)對(duì)附肢關(guān)節(jié)51的位置的檢測(cè)。該電位計(jì) 40放置在與直線驅(qū)動(dòng)器20相同的軸上以靠近檢測(cè)其位移。可從施加到負(fù)荷傳 感器30上的輸入力或電位計(jì)40測(cè)得的位移確定用戶的附肢的動(dòng)作意圖。輔助 級(jí)別可取決于輸入力和用戶的位移。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，還提供了用于處理反饋控制回路的微控制器 (MCU) 60。反饋控制回路可使用發(fā)送自力測(cè)量單元和位移測(cè)量單元的反饋 信號(hào)來(lái)控制MCU 60進(jìn)行處理以確定將要提供給直線驅(qū)動(dòng)器的電壓級(jí)別。接著該直線驅(qū)動(dòng) 器20產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)速度的直線運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)距離。
反饋控制回路可使用來(lái)自負(fù)荷傳感器30和電位計(jì)40的反饋信號(hào)控制直線 驅(qū)動(dòng)器20。有兩個(gè)參數(shù)可受其控制首先是力，其次是分別對(duì)應(yīng)直線驅(qū)動(dòng)器 20的電壓和頻率的位移?；趤?lái)自負(fù)荷傳感器30的信號(hào)級(jí)，MCU60可確定 在直線驅(qū)動(dòng)器20上使用該電壓來(lái)輔助附肢的移動(dòng)。該電位計(jì)提供直線驅(qū)動(dòng)器 輸出給附肢的實(shí)際位移以反饋給MCU 60。 MCU 60將編碼在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練程序中 的位移數(shù)據(jù)與實(shí)際位移數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確定用戶距離目標(biāo)有多近。對(duì)于不同訓(xùn) 練進(jìn)度的用戶，可以調(diào)諧輔助力的級(jí)別。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，還提供了訓(xùn)練軟件模塊70，估計(jì)在訓(xùn)練測(cè)試 中使用所述佩戴裝置的用戶的完成情況。該訓(xùn)練軟件模塊70比較記錄的位移 和時(shí)間值與參考位移和時(shí)間值之間的區(qū)別。電位計(jì)40測(cè)得的位移和時(shí)間值都 被記錄下來(lái)以追蹤用戶的完成情況。
多個(gè)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練程序71中的任意一個(gè)可被提供給訓(xùn)練軟件模塊70執(zhí)行。該 程序71可由一系列將要與測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的位移vs時(shí)間數(shù)據(jù)編碼而成。在 一個(gè)實(shí)施例中，所述程序71可以通過(guò)使得用戶附肢跟隨目標(biāo)的視頻游戲(例 如，射擊游戲)來(lái)提供。這可訓(xùn)練手眼協(xié)調(diào)能力以幫助保持大腦功能。用戶跟 隨目標(biāo)越緊，獲得的分?jǐn)?shù)越高。程序71可設(shè)計(jì)成具有取決于用戶進(jìn)度的不同 輔助級(jí)別。在用戶可容易克服附肢上的引力影響以后，其還可向用戶提供阻力 以訓(xùn)練他們的肌肉強(qiáng)度。對(duì)于傷殘人士，該裝置10可用于中風(fēng)病人的康復(fù)訓(xùn) 練進(jìn)而恢復(fù)其大腦與附肢之間的神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)。該裝置IO也可用于輔助具有 附肢缺陷的病人的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于其他人，該裝置10可用作提供交互訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng) 工具或與視頻游戲一起以提供娛樂(lè)。該裝置IO也可是多功能平臺(tái)，其可使用 不同的軟件進(jìn)而提供不同的訓(xùn)練以增強(qiáng)肌肉強(qiáng)度、靈活性和手眼協(xié)調(diào)能力。
在訓(xùn)練程序71中，用戶可以是完全被動(dòng)的，這樣直線驅(qū)動(dòng)器20可基于該 訓(xùn)練程序71引導(dǎo)附肢的全部動(dòng)作。負(fù)荷傳感器30必須持續(xù)檢測(cè)任何過(guò)載以防 止在附肢難以動(dòng)作時(shí)，直線驅(qū)動(dòng)器可能對(duì)附肢造成的任何傷害。
對(duì)于初級(jí)階段的用戶，該裝置可通過(guò)從直線驅(qū)動(dòng)器20施加更大的力并對(duì)位移提供更好的控制來(lái)更好進(jìn)行輔助。這樣以來(lái)%當(dāng)用戶使用該裝置10時(shí)，
可以給他們更大的信心。
對(duì)于高級(jí)用戶，該裝置io可降低輔助級(jí)別以使得用戶可以在訓(xùn)練中自行
移動(dòng)以跟隨目標(biāo)。這包括減少來(lái)自直線驅(qū)動(dòng)器20的力和降低對(duì)位移的控制。 當(dāng)用戶沒(méi)有緊隨目標(biāo)時(shí)，其更容易丟掉目標(biāo)。當(dāng)降低對(duì)位移的控制時(shí)，必須保 證用戶足夠安全以防止由于任何外加力或位移對(duì)用戶造成任何傷害。
直線驅(qū)動(dòng)器20生成的直線運(yùn)動(dòng)的力和位移量是可調(diào)的?？苫诒徽J(rèn)定為 初級(jí)用戶、中級(jí)用戶或高級(jí)用戶的用戶所需的輔助級(jí)別來(lái)調(diào)節(jié)直線驅(qū)動(dòng)器20 產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)的力和位移量。
直線驅(qū)動(dòng)器20位于附肢的內(nèi)側(cè)(如圖1-4所示)或位于附肢的橫側(cè)(如 圖5和6所示)。上述定位取決于那個(gè)附肢需要輔助。對(duì)于腿，優(yōu)選定位在其 橫側(cè)。該裝置10可佩戴在上和下附肢關(guān)節(jié)，包括腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和 踝關(guān)節(jié)。
參照?qǐng)D5和6，示出了裝置10相對(duì)于附肢50、 51的位置?；氐綀D5，裝 置10需要定位成使得附肢50、 51的關(guān)節(jié)52與絲杠21向前運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)的距離的 中心對(duì)齊。并且所述絲杠21向前運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)的距離的一半加上負(fù)荷傳感器30、 直線驅(qū)動(dòng)器20的電機(jī)的長(zhǎng)度，以及所述絲杠21向后運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)的整個(gè)距離需要 等于上附肢51的長(zhǎng)度。點(diǎn)劃線示出了當(dāng)直線驅(qū)動(dòng)器回縮/收縮時(shí)，連接到絲杠 21的前端的鉸鏈11的位置?；氐綀D6，裝置10提供的輔助使得附肢50、 51 彎曲，且圖6還示出了絲杠21在直線驅(qū)動(dòng)器20的殼體內(nèi)完全向后運(yùn)動(dòng)。例如， 如果直線驅(qū)動(dòng)器20的靜止端樞接在距離關(guān)節(jié)52的中心19 cm的上臂上，在扣 除(電機(jī)+負(fù)荷傳感器+鉸鏈二4cm)后，為15 cm。該距離分為三份，每份 5cm，這是絲杠21的運(yùn)動(dòng)距離的一半。絲杠21的總運(yùn)動(dòng)距離是5cmX2二10 cmo
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在裝置10的遠(yuǎn)端提供有一對(duì)緊固件12 以將裝置10固定到附肢50、 51上。當(dāng)絲杠21移動(dòng)時(shí)，該緊固件12隨之移動(dòng) 以使得附肢50、51通過(guò)縮小緊固件12之間的距離移動(dòng)以進(jìn)行彎曲或拉伸運(yùn)動(dòng)。 優(yōu)選地，所述緊固件是松緊或彈性皮帶/布帶12。附肢50、 51周?chē)乃删o度可
ii以通過(guò)釋放或結(jié)合維可牢尼龍搭扣部分或使用鈕扣進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)置。皮帶12 的一部分是堅(jiān)硬的并且具有可連接到直線驅(qū)動(dòng)器20的端部的鉸鏈11。該鉸鏈 10可以銷(xiāo)釘或螺栓的形式穿過(guò)裝置10和皮帶12的堅(jiān)硬件上的孔。該皮帶12 需要足夠緊以防止裝置10相對(duì)附肢50、 51滑動(dòng)，但是也不能太緊導(dǎo)致用戶不 舒服。
參照?qǐng)D8和9，提供了可操作地連接到直線驅(qū)動(dòng)器20的便攜式控制單元 80。該便攜控制單元80包括用于通過(guò)電線向所述直線驅(qū)動(dòng)器20和其他用電單 元供電的電池81。所述便攜控制單元80可附著在纏繞用戶的腰帶上以使得用 戶的手臂可以自由動(dòng)作。所述控制單元80具有LED顯示屏82，其具有5個(gè) 導(dǎo)航鍵81以用于菜單控制。用戶可輸入所需力，運(yùn)行訓(xùn)練程序71或開(kāi)啟和關(guān) 閉裝置10等。從控制單元80到裝置10的控制信號(hào)可無(wú)線發(fā)送或通過(guò)電纜發(fā) 送?？刂茊卧?0的電子元件可以小型化以裝配到PCB板上，從而使得其與蜂 窩電話的大小相當(dāng)。
在一個(gè)典型應(yīng)用中，用戶試圖使用他們的附肢50、 51作動(dòng)作。負(fù)荷傳感 器30測(cè)量當(dāng)用戶作該動(dòng)作時(shí)的力。如果該力大于靜止閾值，直線驅(qū)動(dòng)器20 以與負(fù)荷傳感器30測(cè)得的力成比例的速度進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。所述直線驅(qū)動(dòng)器20持續(xù) 開(kāi)啟直到負(fù)荷傳感器30測(cè)得的力小于該靜止閾值。例如，如果前臂50的重量 是2kg,負(fù)荷傳感器30將檢測(cè)該力為1.9kg,這將高于靜止閾值?；跍y(cè)得的 力的變化(2- 1.9)kg= lOOg，直線驅(qū)動(dòng)器20將被測(cè)得的100g力的變化觸發(fā)， 并以一定比例的量進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，例如，以lm/sec的速度將所述絲杠21回拉一米 的距離，回拉的時(shí)間是ls。當(dāng)用戶試圖作下一動(dòng)作時(shí)，負(fù)荷傳感器30將拾取 下一力的變化。如果該力保持相同或增加，意味著用戶將使得他/她的手臂更 加彎曲。如果，該力的改變減小，意味著用戶想要返回以調(diào)整到合適的位置。
雖然本發(fā)明中描述了具有絲杠21的直線驅(qū)動(dòng)器20，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉， 可產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的其他器件也可用于本發(fā)明。例如，也可使用不具有旋轉(zhuǎn)絲杠 的直線驅(qū)動(dòng)器或直線電機(jī)。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作的方法 的步驟流程圖。如圖10所示，所述方法包括
12在步驟S1中，使用直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元生成直線運(yùn)動(dòng)以使得附肢移動(dòng)并圍
繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)。
在步驟S2中，測(cè)量施加到附肢或直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元上的力的變化。 在步驟S3中，測(cè)量當(dāng)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的位移。 在步驟S4中，直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元基于測(cè)得的力的變化或測(cè)得的位移來(lái)生
成具有預(yù)定速度的直線運(yùn)動(dòng)的預(yù)定距離以輔助附肢的動(dòng)作。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉,本發(fā)明的用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作的方法
可采用前述任一佩戴裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)?br> 現(xiàn)上述方法，在此就不對(duì)其進(jìn)行累述。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本
發(fā)明示出的實(shí)施例進(jìn)行各種改變或等效替換。因此，本發(fā)明此處所公開(kāi)的具體
實(shí)施例應(yīng)看作是用于說(shuō)明而非是限制的。
權(quán)利要求
1、一種用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作的佩戴裝置，其特征在于，所述佩戴裝置包括用于產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元具有與附肢可操作連接的遠(yuǎn)端部，在此所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)使得附肢移動(dòng)并圍繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)；力測(cè)量單元，用于測(cè)量施加到附肢或直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元上的力的變化；以及位移測(cè)量單元，用于測(cè)量當(dāng)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的位移；其中，直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元基于力測(cè)量單元測(cè)得的力的變化或位移測(cè)量單元測(cè)得的位移來(lái)生成具有預(yù)定速度的直線運(yùn)動(dòng)的預(yù)定距離以輔助附肢的動(dòng)作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴裝置，其特征在于，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單 元是直線驅(qū)動(dòng)器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴裝置，其特征在于，所述力測(cè)量單元是負(fù) 荷傳感器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴裝置，其特征在于，所述位移測(cè)量單元可 以是電位計(jì)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴裝置，其特征在于，所述位移測(cè)量單元定 位在所述直線驅(qū)動(dòng)器的絲杠上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴裝置，其特征在于，所述佩戴裝置進(jìn)一步 包括微控制單元，所述微控制單元使用發(fā)送自力測(cè)量單元和位移測(cè)量單元的反 饋信號(hào)來(lái)處理反饋控制回路以控制所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的操作。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的佩戴裝置，其特征在于，所述力測(cè)量單元測(cè)得 的力可供微控制單元進(jìn)行處理以確定將要提供給直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的電壓級(jí) 別，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元基于所述電壓級(jí)別產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)速度的直線運(yùn)動(dòng)的 對(duì)應(yīng)距離。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的佩戴裝置，其f爭(zhēng)征在于，采用所述位移測(cè)量單 元測(cè)量所述位移，同時(shí)記錄時(shí)間值。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的佩戴裝置，其特征在于，所述佩戴裝置進(jìn)一步 包括訓(xùn)練軟件模塊，用于通過(guò)將記錄的位移和時(shí)間值與參考位移和時(shí)間值進(jìn)行 比較來(lái)估計(jì)在訓(xùn)練測(cè)試中使用所述佩戴裝置的用戶的完成情況。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴裝置，其特征在于，基于被認(rèn)定為初級(jí)用 戶、中級(jí)用戶或高級(jí)用戶的用戶所需的輔助級(jí)別來(lái)調(diào)節(jié)直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元產(chǎn)生 的直線運(yùn)動(dòng)的力和位移量。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴裝置，其特征在于，所述佩戴裝置定位在 附肢的內(nèi)側(cè)或橫側(cè)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴裝置，其特征在于，所述佩戴裝置進(jìn)一步 包括用于將其固定在附肢上的緊固件。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴裝置，其特征在于，所述佩戴裝置進(jìn)一步 包括可操作連接到所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的便攜式控制單元，所述便攜式控制 單元包括用于向所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元供電的電池。
14、 一種用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作的方法，其特征在于，所述方 法包括使用直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元生成直線運(yùn)動(dòng)以使得附肢移動(dòng)并圍繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)； 測(cè)量施加到附肢或直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元上的力的變化； 測(cè)量當(dāng)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的位移； 且，直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元基于測(cè)得的力的變化或測(cè)得的位移來(lái)生成具有預(yù)定 速度的直線運(yùn)動(dòng)的預(yù)定距離以輔助附肢的動(dòng)作。
15、 一種用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作的系統(tǒng)，其特征在于，所述系 統(tǒng)包括用于產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元具有與附 肢可操作連接的遠(yuǎn)端部，在此所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)使得附肢 移動(dòng)并圍繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)；力測(cè)量單元，用于測(cè)量施加到附肢或直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元上的力的變化；以及位移測(cè)量單元，用于測(cè)量當(dāng)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的位移；以及可操作連接到所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的便攜式控制單元，所述便攜式控制 單元包括用于向所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元供電的電池和用于控制所述直線運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生單元產(chǎn)生的輔助級(jí)別的處理器；其中直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元基于力測(cè)量單元測(cè)得的力的變化或位移測(cè)量單元 測(cè)得的位移來(lái)生成具有預(yù)定速度的直線運(yùn)動(dòng)的預(yù)定距離以輔助附肢的動(dòng)作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于輔助與關(guān)節(jié)相連的附肢的動(dòng)作的佩戴裝置、系統(tǒng)以及方法。所述佩戴裝置包括用于產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元，所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元具有與附肢可操作連接的遠(yuǎn)端部，在此所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)使得附肢移動(dòng)并圍繞關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)；力測(cè)量單元，用于測(cè)量施加到附肢或直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元上的力的變化；以及位移測(cè)量單元，用于測(cè)量當(dāng)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所述直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元的位移；其中，直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生單元基于力測(cè)量單元測(cè)得的力的變化或位移測(cè)量單元測(cè)得的位移來(lái)生成具有預(yù)定速度的直線運(yùn)動(dòng)的預(yù)定距離以輔助附肢的動(dòng)作。本發(fā)明的佩戴裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造且非常安全。
文檔編號(hào)A61F2/70GK101675903SQ20091017554
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月15日
發(fā)明者莊寶發(fā), 鄭慶祥, 黃敬修 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)