[发明专利]接合使用者的人机接口

说明书

技术领域

本发明涉及控制外骨骼系统的领域，并且更具体地，涉及适合于被接合到人的控制系统。

背景技术

行走困难的患者通常使用轮椅以便移动。本领域中常见且备受推崇的观点是，推迟轮椅的使用将会延迟其他类型的二次残疾和疾病的发作。长期轮椅使用的后果是二次损伤，包括髋、膝和踝关节挛缩、下肢关节的异位骨化、频繁的泌尿道感染、痉挛和降低的心脏与循环功能。这些损伤必须住院治疗、药物治疗和若干手术操作来处置。医生强烈提倡这样的观念：放弃使用轮椅并尽量保持直立及移动对于患者来说是必不可少的。

功能电刺激(FES)主要被用来恢复有残疾的人的功能。FES是使用电流来激活下肢中受瘫痪影响的肌肉的技术，瘫痪由脊髓损伤(SCI)、颅脑损伤、中风和其他神经障碍引起。患者穿戴一组用于稳定的矫形器。除了当患者决定行走时，电刺激器总是处于“关闭”模式。通过触发被安装在滚动助行架的每个手把上的微型开关，患者激活四头肌和腿筋以及肌肉中的一种或一些。来自开关的触发信号经由电缆从助行架被传输到刺激器。脉冲电流经由常规的覆盖有固体凝胶的碳浸渍橡胶电极被施加到患者。Alojz R.Kralj和Tadej Bajd所著的、由CRC出版社1989年出版的标题为“功能电刺激：脊髓损伤之后的站立与行走”(“Functional Electrical Stimulation:Standing and Walking After Spinal Cord Injury”，Alojz R.Kralj,Tadej Bajd,CRC Press 1989)的书描述了与FES相关的各种技术。另一信息性参考是“胸部截瘫行走矫行器的现状(Current Status of Walking Orthoses for Thoracic Paraplegics)”，其被D'Ambrosia发表在爱荷华州整形外科期刊(The Iowa Orthopedic Journal)中。

另一移动方法使用动力推动的外骨骼系统。大多数动力推动的医疗外骨骼包括接口装置，接口装置允许使用者对外骨骼进行指示，从而使用者哪条腿移动并且如何移动的决定通过接口装置被反应在外骨骼的运动中。

目前，存在用于对外骨骼进行指示的不同类型的使用者接口。例如，美国专利申请公开号2011/0066088Al公开了一种具有机械连接接口装置的外骨骼，该机械连接接口装置由操纵杆和键区组成，操纵杆和键区被用作使用者输入机构以将控制指令输入到外骨骼的控制系统。该装置的缺点是：它笨重并且它需要使用者的臂与外骨骼的部件接合。美国专利7,153,242号公开了一种具有人机接口的步态运动设备，使用者通过该人机接口控制该装置的操作模式和参数，并且接收多种指示。然而，该设备的每种运动都由控制单元基于来自多种传感器的测量来触发，而不是由使用者直接触发。这限制了使用者对该设备的控制能力，并且需要许多传感器被安装在该设备上。

因此，在本领域中需要控制多种外骨骼的更简单、更通用的接口装置。一种解决方案是采用器械手套作为接口装置。目前，器械手套被用于各种应用中。例如，在美国专利7,057,604B2和6,154,199号中描述了将这样的手套用作计算机鼠标的尝试。此外，美国专利6,681,638B2号公开了一种适合于无线材料处理系统的器械手套装置。

但是，没有现有技术的器械手套式装置已经被设计用于外骨骼接口装置。另外，许多这样的装置是在使用者的手掌上具有致动机构的使用者输入装置，如果需要使用者将手掌用于另外的目的(诸如倚在手杖或其他平衡辅助装置上)，这将会是不期望的。本发明公开了一种被穿戴在使用者的手上的接口装置。此外，在本发明中，器械手套被减小为指袖式信号生成器。本发明的这种结构使得由手套所引起的使用者手部运动障碍最小化。此外，本发明使得使用者的控制外骨骼的能力最大化，并且提供来自外骨骼的反馈信号。

发明内容