接合使用者的人機接口的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制外骨骼系統(tǒng)的領(lǐng)域，并且更具體地，涉及適合于被接合到人的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]行走困難的患者通常使用輪椅以便移動。本領(lǐng)域中常見且備受推崇的觀點是，推遲輪椅的使用將會延遲其他類型的二次殘疾和疾病的發(fā)作。長期輪椅使用的后果是二次損傷，包括髖、膝和踝關(guān)節(jié)攣縮、下肢關(guān)節(jié)的異位骨化、頻繁的泌尿道感染、痙攣和降低的心臟與循環(huán)功能。這些損傷必須住院治療、藥物治療和若干手術(shù)操作來處置。醫(yī)生強烈提倡這樣的觀念:放棄使用輪椅并盡量保持直立及移動對于患者來說是必不可少的。
[0003]功能電刺激(FES)主要被用來恢復(fù)有殘疾的人的功能。FES是使用電流來激活下肢中受癱瘓影響的肌肉的技術(shù)，癱瘓由脊髓損傷(SCI)、顱腦損傷、中風(fēng)和其他神經(jīng)障礙引起?；颊叽┐饕唤M用于穩(wěn)定的矯形器。除了當患者決定行走時，電刺激器總是處于“關(guān)閉”模式。通過觸發(fā)被安裝在滾動助行架的每個手把上的微型開關(guān)，患者激活四頭肌和腿筋以及肌肉中的一種或一些。來自開關(guān)的觸發(fā)信號經(jīng)由電纜從助行架被傳輸?shù)酱碳て?。脈沖電流經(jīng)由常規(guī)的覆蓋有固體凝膠的碳浸漬橡膠電極被施加到患者。Alojz R.Kralj和TadejBajd所著的、由CRC出版社1989年出版的標題為“功能電刺激:脊髓損傷之后的站立與行走，，(“Funct1nal Electrical Stimulat1n:Standing and Walking After SpinalCord Injury，，，Alojz R.Kralj, Tadej Bajd, CRC Press 1989)的書描述了與 FES 相關(guān)的各種技術(shù)。另一信息性參考是“胸部截癱行走矯行器的現(xiàn)狀(Current Status of WalkingOrthoses for Thoracic Paraplegics) ”，其被D’Ambrosia發(fā)表在愛荷華州整形外科期刊(The 1wa Orthopedic Journal)中。
[0004]另一移動方法使用動力推動的外骨骼系統(tǒng)。大多數(shù)動力推動的醫(yī)療外骨骼包括接口裝置，接口裝置允許使用者對外骨骼進行指示，從而使用者哪條腿移動并且如何移動的決定通過接口裝置被反應(yīng)在外骨骼的運動中。
[0005]目前，存在用于對外骨骼進行指示的不同類型的使用者接口。例如，美國專利申請公開號2011/0066088A1公開了一種具有機械連接接口裝置的外骨骼，該機械連接接口裝置由操縱桿和鍵區(qū)組成，操縱桿和鍵區(qū)被用作使用者輸入機構(gòu)以將控制指令輸入到外骨骼的控制系統(tǒng)。該裝置的缺點是:它笨重并且它需要使用者的臂與外骨骼的部件接合。美國專利7，153，242號公開了一種具有人機接口的步態(tài)運動設(shè)備，使用者通過該人機接口控制該裝置的操作模式和參數(shù)，并且接收多種指示。然而，該設(shè)備的每種運動都由控制單元基于來自多種傳感器的測量來觸發(fā)，而不是由使用者直接觸發(fā)。這限制了使用者對該設(shè)備的控制能力，并且需要許多傳感器被安裝在該設(shè)備上。
[0006]因此，在本領(lǐng)域中需要控制多種外骨骼的更簡單、更通用的接口裝置。一種解決方案是采用器械手套作為接口裝置。目前，器械手套被用于各種應(yīng)用中。例如，在美國專利7，057，604B2和6，154，199號中描述了將這樣的手套用作計算機鼠標的嘗試。此外，美國專利6，681，638B2號公開了一種適合于無線材料處理系統(tǒng)的器械手套裝置。
[0007]但是，沒有現(xiàn)有技術(shù)的器械手套式裝置已經(jīng)被設(shè)計用于外骨骼接口裝置。另外，許多這樣的裝置是在使用者的手掌上具有致動機構(gòu)的使用者輸入裝置，如果需要使用者將手掌用于另外的目的(諸如倚在手杖或其他平衡輔助裝置上)，這將會是不期望的。本發(fā)明公開了一種被穿戴在使用者的手上的接口裝置。此外，在本發(fā)明中，器械手套被減小為指袖式信號生成器。本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)使得由手套所引起的使用者手部運動障礙最小化。此外，本發(fā)明使得使用者的控制外骨骼的能力最大化，并且提供來自外骨骼的反饋信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]該專利申請描述了一種用于指示被人穿戴的外骨骼的輸入裝置。輸入裝置適合于被接合到人。輸入裝置包含至少一個信號生成器，信號生成器適合于被接合到人的手指。當信號生成器被接觸時，信號生成器能夠生成至少一種電信號。輸入裝置還包含輸入裝置控制器，輸入裝置控制器適合于被接合到人的身體。在操作中，輸入裝置控制器接收并處理至少一種電信號，并且將指示信號傳輸?shù)酵夤趋酪詧?zhí)行功能。在一些實施例中，至少一根電線將至少一種電信號傳輸?shù)捷斎胙b置控制器。在本發(fā)明的一些實施例中，兩個或更多個信號生成器能夠被接合到手指。在本發(fā)明的一些實施例中，所述信號生成器能夠被接合到專業(yè)人員的手指，并且專業(yè)人員能夠為外骨骼生成至少一種指示信號以執(zhí)行功能。
【附圖說明】
[0009]圖la描繪了本發(fā)明的使用者接口裝置；
[0010]圖lb描繪了動力外骨骼系統(tǒng)的后部立體圖，其由使用者穿戴且由本發(fā)明控制；
[0011]圖2描繪了穿戴適合于被本發(fā)明控制的外骨骼裝置的使用者；
[0012]圖3描繪了配合拐杖使用本發(fā)明的使用者；
[0013]圖4描繪了配合助行架使用本發(fā)明的使用者；
[0014]圖5描繪了信號生成器，為了清楚起見，沒有顯示本發(fā)明的其余部分；
[0015]圖6描繪了使用者使用本發(fā)明接觸拐杖的可能方式；
[0016]圖7描繪了使用者使用本發(fā)明接觸助行架的可能方式；
[0017]圖8描繪了本發(fā)明的輸入裝置控制器，為了清楚起見，沒有顯示其他部件；
[0018]圖9描繪了本發(fā)明的輸入裝置控制器單元的示意圖；以及
[0019]圖10描繪了其覆蓋至少兩根手指的手套的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]在圖lb中的130總體顯示與本發(fā)明一起使用的外骨骼系統(tǒng)的第一實施例。一般來說，外骨骼系統(tǒng)130包括動力推動的致動器141和單獨的支撐裝置112，動力推動的致動器141被配置以與人接合，支撐裝置112為人提供額外的穩(wěn)定作用。就“單獨的”而言，它意味著外骨骼130與支撐裝置112不是一體地連接或永久地連接，從而根據(jù)特定使用者的需求和限制，任何數(shù)量的不同類型的支撐裝置112能夠與任何數(shù)量的不同類型的外骨骼裝置配合。應(yīng)當理解，多種不同類型的動力推動的外骨骼能夠適合于與本發(fā)明一起使用。這樣的外骨骼被動力推動，并且允許穿戴者直立行走而無任何大量的能量消耗。外骨骼系統(tǒng)的不同的機械結(jié)構(gòu)可以具有不同的自由度和致動。在一些實施例中，外骨骼是電動的，并且一些是液壓驅(qū)動的。美國專利7，628，766號描述了下肢外骨骼系統(tǒng)的一個示例。此外，美國專利申請公開2007/0056592和2006/0260620號教導(dǎo)了下肢的多種結(jié)構(gòu)。
[0021]在圖lb中描述的實施例中，外骨骼130被配置用于截癱患者運動，并且包括第一腿部支撐體142和第二腿部支撐體143，第一腿部支撐體142和第二腿部支撐體143被配置為接合到人的下肢并且在站立期期間抵靠在支撐表面上。各第一腿部支撐體和第二腿部支撐體包括通過膝關(guān)節(jié)148、149相互連接的大腿連接件144、145和小腿連接件146、147。致動器141適合于將扭矩施加于腿部支撐體142、143上。外骨骼軀干體150被配置為接合到人的上身，并且151所示的髖關(guān)節(jié)處可旋轉(zhuǎn)地連接到相應(yīng)的第一腿部支撐體142和第二腿部支撐件143。優(yōu)選地，外骨骼軀干體150呈支撐性后框架的形式。被用來將外骨骼軀干體150連接到人的附接機構(gòu)可以是直接的，諸如經(jīng)由帶152將使用者直接縛到后框架，或間接的，諸如通過被使用者穿戴的接合后框架的可拆卸甲胄(未示出)。此外，兩個足部連接件被連接到腿部支撐體142和143的遠端。外骨骼130還包括外骨骼控制器155，外骨骼控制器155與致動器141通信，以將外骨骼130在多種操作狀態(tài)(諸如站立狀態(tài)、行走狀態(tài)和就座狀態(tài))之間轉(zhuǎn)變。應(yīng)當容易地理解，在站立狀態(tài)中，外骨骼130和使用者位于站立位置，在行走狀態(tài)中，外骨骼130和使用者行走，而在就座狀態(tài)中，外骨骼130和使用者就座。外骨骼130能夠包括多種其他元件，諸如允許使用者下肢的運動能夠被緊密跟隨的多個鉸接接頭、額外的致動器和傳感器。然而，不像已知動力推動的外骨骼裝置，外骨骼130包括外骨骼控制器155，外骨骼控制器155被配置為接收由使用者輸入裝置100生成的信號并對該信號作出響應(yīng)。
[0022]在第一實施例中，支撐裝置112呈第一拐杖和第二拐杖的一組拐杖的形式，其中第一拐杖和第二拐杖中的每一個拐杖包括113所示的手柄。盡管描繪了一組拐杖，但是應(yīng)當理解，使用者可以一次僅使用一根拐杖。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，在圖la中示出的使用者輸入裝置信號生成器100被配置為產(chǎn)生通常由111所示的使用者指示信號，并將該使用者指示信號發(fā)送至外骨骼控制器155。響應(yīng)于使用者指示信號111，外骨骼控制器155使得外骨骼130在多種操作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，