[发明专利]用于在受损脚踝的运动阶段期间提供经济的、便携的进行欠缺调节的适应性辅助方法和设备

说明书

本发明描述了用于在受损脚踝的运动阶段期间提供欠缺调节的适应性辅助方法。该方法包括基于适于正常对象的参数轨迹和适于受损对象的参数轨迹之间的差值在处理器上确定适于复合脚踝功能的每个运动阶段的欠缺参数的值。该方法还包括基于所述适于欠缺参数的值在所述处理器上确定机器人所施加的转矩的适应性量值。该方法还包括基于适应性定时将仅适于当前运动阶段的第一平面中的适于由所述机器人所施加的转矩的所述适应性量值施加到机器人关节。本发明还描述了用于在受损脚踝的运动阶段期间提供欠缺调节的适应性辅助设备。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2015年6月22日提交的临时申请第62/182,779号的优先权，其全部内容通过引用结合于此，如同在本文进行充分阐述一样。

背景技术

当患者患有影响患者运动一个或多个关节的能力的医学状况(诸如中风)时，患者经常进行身体物理康复，努力恢复关节的活动性和控制性。在常规身体物理康复的一种形式中，临床医师通过运动周期的多个运动阶段推动或滑动患者的关节。为了减少这种身体物理治疗的乏味性和可变性，临床医师引进了外部骨骼机器人。这种物理康复的常规形式涉及使用附接到受损关节的外部骨骼机器人，以在多个运动阶段对受损关节施加健康关节的规定动力。

发明内容

在此认识到，对于具有受损关节的患者的身体物理康复的常规方法是不完善的，因为他们使用外部骨骼机器人，该外部骨骼机器人将健康关节处于正常速度和/或运动范围的规定动力施加到可能以降低的速度和/或运动范围运动的患者的受损关节上。健康关节对受损关节施加的动力学之间的这种不匹配导致机器人和患者之间不同步的动力学，其中受损关节的运动被抑制而不是由机器人协助，甚至可能导致患者不稳定。

在第一组实施例中，提供一种用于在受损脚踝的多个运动阶段期间提供欠缺调节的适应性辅助的设备。该设备包括可变转矩的马达，该马达被配置成连接到包括连接到枢轴的一对梁的外部骨骼脚踝机器人。该对梁被配置成连接到对象的由对象脚踝分开的第一和第二肢体。可变转矩马达配置成将仅在第一平面中围绕枢轴施加由机器人所施加的转矩。该设备还包括具有传感器输入的处理器，该传感器输入被配置成在复合脚踝功能的多个运动阶段期间从至少一个第一传感器接收第一数据。所述处理器包括具有序列指令的存储器，所述存储器被配置成与所述处理器一起使得所述设备基于由正常对象以及受损对象施加到所述外部骨骼脚踝机器人的相应机器人状态参数来确定每个运动阶段的欠缺参数。存储器和序列指令被进一步配置成使得设备基于当前运动阶段所基于的第一传感器的当前第一数据来确定机器人所施加的转矩的适应性定时。存储器和序列指令被进一步配置成使得设备基于当前运动阶段的机器人欠缺状态参数(例如，在从一个步态周期到另一个步态步态周期或者从一步到另一步的摆动阶段期间改变的机器人所施加的峰值转矩大小)。可变转矩马达与存储器通信以接收适应性量值和适应性定时，并且被配置成基于适应性定时在当前运动阶段期间将仅在第一平面中的适应性量值下的机器人所施加的转矩施加给枢轴。该设备是便携的，使得该设备被配置成由对象携载。

在第二组实施例中，提供一种用于在受损脚踝的多个运动阶段期间提供欠缺调节的适应性辅助的方法。该方法包括在处理器上基于在每个运动阶段下用于正常对象的外部骨骼脚踝机器人的机器人状态参数轨迹与用于受损对象的机器人状态参数轨迹之间的差值来确定针对复合脚踝功能的每个运动阶段的欠缺参数的值。该方法还包括在处理器上基于当前运动阶段所基于的来自当前传感器数据的当前传感器状态来确定适于机器人所施加的转矩的适应性定时。该方法进一步包括在处理器上基于当前运动阶段的欠缺机器人状态参数的值来确定适于机器人所施加的转矩的适应性量值。该方法进一步包括基于适应性定时仅将在适于当前运动阶段(例如，步态的摆动阶段)的第一平面中的适于机器人所施加的转矩的适应性量值施加到外部骨骼脚踝机器人。

根据以下详细描述，本发明的其它方面、特征和优点将仅通过示出许多具体实施例和实施方式(包括为实施本发明而预期的最佳方式)而显而易见。本发明还能够具有其它和不同的实施例，并且其多个细节可以在各种明显的方面进行修改，所有都不脱离本发明的精神和范围。因此，附图和描述在本质上被认为是说明性的而非限制性的。