CN105473194B - 具有水平和竖直力感测及运动控制的医疗康复升降系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种体重支撑系统，包括改进的升降系统和方法。该系统不仅使得能够对接受康复治疗的患者进行支撑，而且还包括本质上既是定制的又是动态的练习模式以及轨道系统，其中该系统能够在不同的位置提供可供选择的功能性。公开的其他特征包括：可移动支撑单元通过其来跟踪或跟随患者的系统、基于例如被感测到的体重的百分比的用于用户的可调节的且可变的支撑力、以及可以以移动的、有线的或无线的方式采用的用户界面并将允许在单个环状轨道系统上使用多个升降系统。

Description

具有水平和竖直力感测及运动控制的医疗康复升降系统和 方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119要求由James Stockmaster等人于2013年1月22日提交的名称为“具有水平和竖直力感测及运动控制的医疗康复升降系统和方法(MEDICAL REHABLIFT SYSTEM AND METHOD WITH HORIZONTAL AND VERTICAL FORCE SENSING AND MOTIONCONTROL)”的美国临时申请No.61/755,007的优先权，该申请在此通过引用将其整体并入。

发明领域

本文所公开的系统涉及体重支撑系统，并且更具体地涉及一种改进的支撑系统和方法，其包括本质上是可定制的或可配置的并且是动态的练习模式，并且可以包括环路和轨道系统，其中该系统能够在不同的位置提供可供选择的功能性，基于例如感测体重的百分比提供用于用户的可调节和可变的支撑力。所公开的系统还提供了可以以固定的、移动的、有线的或无线的方式采用的用户界面并将允许在单个环状轨道系统上使用多个升降系统。

背景技术

对具有明显行走障碍和其它身体损害的人员提供康复服务和治疗的方法即使是对最熟练的治疗医生来说也是一个挑战。例如，遭受神经系统损伤(例如中风、脊髓损伤或创伤性脑损伤)的患者经常表现出不能支撑自己、差的耐力或不稳定的行走方式。这些不足之处使得患者和治疗医生难以最佳地从事特殊的练习、治疗等。因此，对这种治疗越来越普遍地包括某种体重支撑系统，以减少跌倒或其他损伤的可能性，同时能够增加训练或治疗的强度或持续时间。

现有的一些支撑系统由于在患者和治疗医生之间存在障碍而阻碍治疗医生与患者的互动。其他的独立的支撑系统需要协助，或需要患者来管理支撑系统的水平运动，而不是专注于他们自己的平衡和治疗的优选形式。换言之，患者可能被迫补偿支撑系统的动态特性。这种混杂效应可能导致当患者从支撑系统移开时患者在异常补偿运动方面的发展。

一些系统的另外的问题是，在静态未加载情况下，支撑条带的长度设定为固定的长度，因此受试者或者在条带松弛时承受其全部的重量，或者在条带张紧时不承受重量。已知静态未加载系统会产生异常的地面反作用力和被改变的肌肉激活模式。此外，静态未加载系统可能限制患者的竖直行进(例如，向上并越过台阶，楼梯等)，从而防止了其中需要大范围的运动的某些治疗。对被编程以跟随患者的运动系统观察到的另一个问题是系统响应存在显著延迟(通常是由于传感器、致动器的机械特性和系统动力学特性)，其中患者感觉他们正在施加比刚好克服支撑系统所需的更大的力-这导致患者学习下述适应行为，所述适应行为可能在患者最终开始他们正在训练的自我支撑活动时使受伤害的患者不稳。

鉴于当前体重支撑系统，需要一种克服了上文指出的系统的限制的医疗康复支撑系统和方法。

发明内容

本文的实施例公开一种具有改进的支撑系统的体重支撑系统和方法，其包括本质上是可定制的或可配置的并且是动态的练习模式，并且可以包括环路和轨道系统，其中该系统能够在不同的位置提供可供选择的功能性，基于例如感测体重的百分比提供用于用户的可调节和可变的支撑力。所公开的系统还提供了可以以固定的、移动的、有线的或无线的方式采用的用户界面，并且所述系统将允许在单个可能环状的轨道上使用多个单元，而相邻单元之间不存在碰撞或干扰。

在本文的实施例中还公开了一种用于支撑人员的重量的系统，包括：轨道，其包括其上的分度部分(也可通过臂或吊架支撑，所述臂或吊架能够以编程方式限定吊架小车可以在其上移动的路径)；可移动支撑件，其以可操作方式附接到轨道，支撑件能够沿着由轨道限定的路径在第一方向和在与第一方向大致相反的第二方向上移动；附接至可移动支撑件的第一驱动器，所述第一驱动器使所述可移动支撑件沿着由轨道限定的路径移动，其中所述第一驱动器以可操作方式联接到轨道上的分度部分，以可靠地控制所述可移动支撑件的沿着轨道的水平位置；附接至可移动支撑件的致动器，所述致动器包括用于驱动可旋转鼓的第二驱动器，所述鼓使条带(或其它柔性编织构件)的第一端附接其上并且使所述条带围绕所述鼓的外表面缠绕，其中所述条带的第二端被联接到被附接以支撑人员的支撑吊具(或类似的支撑性/辅助性装置)；用于检测经由条带施加至可移动支撑件的水平力的第一传感器；用于感测施加到所述条带的竖直力的第二传感器；和控制系统，所述控制系统被配置成接收来自第一传感器和第二传感器以及用户界面的信号并且控制至少第一驱动器和第二驱动器的运动以利于人员的支撑和运动，其中控制系统通过经由鼓和第二马达来至少改变施加到所述条带的竖直力而动态调整提供给人员的支撑的量。

在本文的实施例中还公开了一种用于支撑人员的重量的系统，包括：轨道，所述轨道包括端对端相接的多个挤出构件和针对轨道的每个部分沿轨道的内部部分纵向布置的多个电力导轨，其中至少一个挤出构件包括沿纵向方向延伸的大致平面的上表面，纵向地且从上表面的每一侧向下地延伸的相对侧面，并且其中所述上表面和向下延伸的侧面的组合形成轨道的内部部分；所述相对侧面中的每一个还包括沿向外方向从其延伸的肩部；可移动支撑单元，所述可移动支撑单元以可操作方式附接到轨道，所述可移动支撑单元能够沿着由轨道限定的路径在第一方向和在与第一方向大致相反的第二方向上移动；附接至可移动支撑单元的第一驱动器，所述第一驱动器使所述可移动支撑单元沿着由轨道限定的路径移动，其中所述第一驱动器摩擦联接到轨道的表面，以控制所述可移动支撑单元的沿着轨道的水平位置，其中所述第一驱动器被保持成与所述轨道的内部部分摩擦接触，并且其中可移动支撑单元从搁置在从轨道的相对侧面延伸的肩部中的每一个肩部上的辊悬挂；附接至可移动支撑单元的致动器，所述致动器包括用于驱动可旋转鼓的第二驱动器，所述鼓使条带的第一端附接其上并且使所述条带以重叠卷绕方式围绕所述鼓的外表面缠绕，并且所述条带的第二端被联接到被附接以支撑人员的支撑吊具；用于检测经由条带施加至可移动支撑单元的水平力的第一传感器，所述第一传感器包括以可操作方式附接到所述可移动支撑单元并从所述可移动支撑单元延伸的条带引导器，所述条带引导器被以在条带从竖直沿向前或向后的方向拉动时引起负载传感器输出改变的方式附接到负载传感器；用于感测施加到所述条带的竖直力的第二传感器，所述第二传感器包括在鼓和由条带支撑的人员之间的至少一个滑轮，其中所述滑轮连接在枢转臂的一个端部上，所述臂以可枢转方式在其中间区段附近附接至联接到所述可移动支撑单元的框架构件，并且其中所述枢转臂的相反端与负载传感器以可操作方式相关联，使得负载传感器响应于悬挂在条带上的负载被置于仅处于压缩；和控制系统，所述控制系统被配置成接收来自第一传感器和第二传感器以及用户界面的信号并且控制至少第一驱动器和第二驱动器的运动以利于在人员运动过程中的支撑，其中控制系统通过以下来调整提供给人员的支撑的量：沿着轨道水平地移动所述可移动支撑单元以跟随人员来动态，使得对人员的影响最小化，以及通过条带、鼓和第二马达来改变施加到人员的竖直力以适合于给定患者。

在本文的实施例中还公开了一种为了康复治疗目的而用于支撑人员的体重的方法，包括：提供轨道，所述轨道包括端对端相接的多个挤出构件和针对轨道的每个部分沿轨道的内部部分纵向布置的多个电力导轨，其中至少一个挤出构件包括沿纵向方向延伸的大致平面的上表面，纵向地且从上表面的每一侧向下地延伸的相对侧面，并且其中所述上表面和向下延伸的侧面的组合形成轨道的内部部分；所述相对侧面中的每一个还包括沿向外方向从其延伸的肩部；将可移动支撑单元以可操作方式附接到轨道，所述可移动支撑单元能够沿着由轨道限定的路径在第一方向和在与第一方向大致相反的第二方向上移动；利用附接至可移动支撑单元的第一驱动器沿着由轨道限定的路径移动所述可移动支撑单元，其中所述第一驱动器以可操作方式联接到轨道的表面，以控制所述可移动支撑单元的沿着轨道的水平位置，并且其中可移动支撑单元被从搁置在从轨道的相对侧面延伸的肩部中的每一个肩部上的辊悬挂；利用附接至可移动支撑单元的致动器控制人员的竖直位置，所述致动器包括用于驱动可旋转鼓的第二驱动器，所述鼓使条带的第一端附接其上并且使所述条带以重叠卷绕方式围绕所述鼓的外表面缠绕，并且所述条带的第二端被联接到被附接以支撑人员的支撑吊具；利用第一传感器检测经由条带施加至可移动支撑单元的水平力，所述第一传感器包括以可操作方式附接到所述可移动支撑单元并从所述可移动支撑单元延伸的条带引导器，所述条带引导器被以在条带从竖直沿向前或向后的方向拉动时引起负载传感器的输出改变的方式附接到负载传感器；利用第二传感器感测施加到所述条带的竖直力，所述第二传感器包括在鼓和由条带支撑的人员之间的至少一个滑轮，其中所述滑轮连接在枢转臂的一个端部上，所述臂以可枢转方式在其中间区段附近附接至联接到所述可移动支撑单元的框架构件，并且其中所述枢转臂的相反端与负载传感器以可操作方式相关联，使得负载传感器响应于悬挂在条带上的负载被置于仅处于压缩；和提供控制系统，所述控制系统被配置成接收来自第一传感器和第二传感器以及用户界面的信号并且控制至少第一驱动器和第二驱动器的运动以利于人员的运动和支撑人员的运动，其中控制系统通过沿着轨道水平地移动所述可移动支撑单元以跟随人员来动态调整提供给人员的支撑的量。

附图说明

图1是一种示例性康复支撑系统的示意图；

图2是支撑吊具组件的示意图，其中人员在吊具中；

图3是在根据所公开的实施例的轨道的一段上的支撑件的视图；

图4是在根据替代实施例的轨道的一段上的支撑件的侧视图；

图5是沿图4的截面5-5剖切的剖面端视图；

图6是沿图4的截面6-6剖切的剖面端视图；

图7是图4的实施例的支撑悬挂组件中的一个的立体图；

图8和9分别是图4的实施例的摩擦水平驱动器的立体图和俯视图；

图10是图4的实施例的立体图，包括轨道的内部上的部件；

图11是包括竖直升降系统的部件的支撑件的一部分的放大图；

图12是在图11的系统中用于被条带缠绕的鼓的立体图；

图13是条带松弛/张紧感测系统的立体图；

图14是根据图4的支撑件实施例的竖直驱动器、鼓和条带感测系统的立体图；

图15是根据图4的实施例的条带松弛和张紧感测系统的放大图；

图16为康复支撑系统的所公开实施例的控制流程的示意图；

图17和18是大致矩形的轨道系统的示例性说明；

图19-21是用于控制所述康复升降系统的基本操作的用户界面屏幕的说明性实例；

图22-23是用于跟踪并输入与康复升降系统的使用相关的患者特定信息的用户界面窗口的说明性示例；

图24是用户界面日常列表窗口的说明性示例；

图25是用户界面护理计划窗口的说明性示例；和

图26是用于患者治疗期数据的复查和输入的用户界面窗口的说明性示例。

具体实施方式

本文中所描述的各种实施例并不意在限制针对所描述的那些实施例的公开内容。相反，意图是要覆盖可以被包括在所阐述的各种实施例和等同物的精神和范围内的所有的替代物、改型和等同物。为了总体理解，参考了附图。在附图中，类似的附图标记已经被贯穿始终来使用以便指定相同或相似的元件。还注意到，附图可能没有按比例绘制并且某些区域可能已被故意不成比例地绘制，使得特征和方面可以适当地描绘。

参考图1，其中描述了用于支撑人员或患者110的重量的系统100。在一般意义上，该系统包括轨道120。虽然以下公开内容主要是针对一种轨道式系统，例如图17-18中所示的环形轨道路径(例如，没有开始或结尾)，但是所公开的系统和相关方法的各个方面和特征被设想成是由臂(例如，旋臂起重机、GorbelEasyArm^TM)、悬伸的轨道区段、甚至可能是吊架来支撑的，所述吊架具有以编程方式限定吊架小车可以在其上移动的路径的能力。在这样的替代实施例中，可移动支撑单元或转向架(truck)104包括可移动支撑件或底座130，其中支撑件130可以固定到另一个可移动构件或本身可相对于支撑结构移动。所述可移动支撑单元还包括其它部件，如水平驱动器140、致动器400等，如将在下面(例如，图11、图14)进一步描述的。

在图1的实施例中，可移动支撑件130以可操作方式附接到轨道120，支撑件能够沿着由轨道限定的路径移动。此外，支撑件相对于轨道或路径沿着轨道或轨道部段的纵向的或中心的轴线的大致水平的运动(H)可以是沿第一方向和与第一方向大致相反的第二方向二者。尽管示出为支撑件130在其上行进的水平轨道，但是也可以考虑是轨道系统，其中轨道120的一个或多个部分或区段可被相对于轨道的其余部分升高或降低和/或其中轨道下方的表面或地板190在不同的位置被升高或降低，以便提供或模拟其中人员正在上或下斜坡、楼梯、路缘石等典型的场景。

继续图1，第一或水平驱动器140被附接到可移动支撑件，并且在一个实施例中，第一驱动器包括被配置成与带齿的分度部或齿条相互作用且响应于所述驱动器140的旋转运动的小齿轮124，支撑件沿着由轨道限定的路径移动。如将要理解的，水平驱动器由此以可操作方式联接到轨道上的分度部，以便可靠地控制支撑件沿轨道的水平位置。使用适当的驱动器，例如通过B&R(型号#8LS35)提供的伺服驱动马达，能够相对精确地控制和监视驱动器和支撑件的位置。更具体地说，由于小齿轮124上的销或凸耳126的关系以及这样的销与机架122上的“齿”的直接联接，所述小齿轮在马达的控制下的任何角度旋转将使得支撑件的位置沿轨道前进或缩回。

与此相反，在图4-10中所描绘的替代实施例中，水平驱动器140可摩擦接合轨道120的表面(例如，内壁)。通过沿内壁驱动，该系统减少了碎屑与摩擦驱动干涉的可能性。如将要理解的，所述水平驱动器140的操作由AC伺服驱动器144或类似的装置控制，所述类似的装置既处于编程控制之下，又进一步例如经由水平力感测组件150和/或经由可编程装置接收控制其操作的信号，所述可编程装置例如是包括用户界面172的工业PC 170，其在图1中由参考数字170描绘。经由电源146将电力提供给伺服驱动器144。

虽然描绘为安装在地板上的装置，但是工业PC170可以采取一种或多种形式，并且可以是便携式、落地式，并且还可以包括远程控制装置。例如，控制器170可以是可编程逻辑控制器，其可从B&R(型号#PP500)购得。在一个实施例中，虽然可以存在主控制点或集中式控制点，但是该控制点可以由无线收发器构成或包括无线收发器，以便与一个或多个手持装置(智能电话、平板电脑、或可定制的控制器)通信，所述手持装置能够远程控制系统的操作。控制器170可以进一步包括适合于记录与系统用法相关的信息、患者信息等的存储器或存储装置。无线通信技术可利用一个或多个无线电频率(例如，蓝牙)，以及其他带宽频谱，诸如红外线。在一个实施例中，所公开的系统可以采用以太网络或类似的通信协议和技术来实现各种系统部件之间的通信。以这种方式，治疗医生或负责患者110的人员可以能够控制装置的操作，选择、设定或修改用于患者的程序等，如在图22-26中进一步表示的。换言之，治疗医生可以能够使用站亭、手持平板电脑等修改或更改与飞行/被治疗的患者相关联的参数。还可以设想，通信可以是控制器170和AC伺服驱动器144之间的有线类型。

虽然在上文几个图中描述为齿条和小齿轮类型的分度机构，但是也应当理解，可以用替代的方法和装置以可靠地控制支撑件130相对于轨道的水平位置，包括提到的并且在下面关于图4-10进一步描述的摩擦驱动器。

在一个实施例中，光接收器/发送器对和传感器可以用来跟踪支撑件的位置，其中传感器检测沿着轨道的编码位置。如将在下面更详细地说明的，可靠地控制支撑件的位置的能力使得该系统能够确保相对于轨道/路径(例如，图17)的站点或区域的位置被精确地确定，并允许在单个轨道上使用多个单元的可能性，由此允许多个患者同时使用同一轨道，其中所述单元可以彼此通信或与中央位置控制器通信，以确保在任何时候在相邻单元之间维持适当的间隔。在一个替代实施例中，各个支撑单元本身可包括传感器或防止所述单元在操作时彼此形成接触的其他控制逻辑。

应当理解，虽然支撑件130的水平位置处于水平驱动器的控制之下，但是支撑件本身以其他方式沿由轨道120限定的路径自由滑动或滚动。支撑件连接到位于轨道内部的辊组件128，所述辊组件128提供了与C形轨道的至少底部内部以及侧部的滚动接触。另外，轨道的内部可以是任何传统的轨道，包括单件的轨道或多件的集合(例如，端至端地定向)。该轨道还可以在其中具有机电接触件(未示出)，所述机电接触件可用以向驱动器和/或与支撑件相关联的控制机构提供电力和/或信号。换句话说，辊组件提供了将所述支撑件以可操作方式附接至轨道的装置，但是使用相关联的辊组件使摩擦最小化。

在可替换的配置中，例如在图4-10中描绘的配置中，该系统的部件被修改以提供其中支撑件设置在轨道的外部且驱动器和电力接口位于轨道的内表面上的轨道。例如在图4-6中所示，替代轨道121包括端对端相接的多个挤出部件组成的组件。轨道的横截面示于图5和图6中，图5和图6分别示出图4的剖面图5-5和6-6。

轨道包括在纵向上延伸的大致平面的上腹板或表面240。相反的侧面242和244从上腹板240沿上腹板的每一侧在向下方向上延伸。上表面和向下延伸的侧面的组合形成轨道121的内部部分。每一个所述相反侧面还包括分别沿向外方向从其延伸的肩部246、248，其中所述肩部垂直于相应的侧面定向。如进一步以横截面所示的，所述轨道包括在每个向下延伸的侧面的整个长度上延伸的一个或多个封闭的通道243，其中该通道减轻重量和增加轨道区段的刚度。轨道区段还可以包括至少一个T型槽245，所述T型槽245适合于在其中插入安装部件(例如，螺钉或螺栓头)，以方便轨道从天花板或类似的结构进行安装和悬挂。尽管未示出，但是轨道区段被设计成使用从一个构件的端部跨越到下一个轨道构件的连接端的柱头螺栓或类似的拼接构件(例如，凸轮锁拼接件)端对端连接。

针对可移动支撑单元在其上行进的轨道的每个部分，多个电的或电力导轨250沿内部侧壁之一沿轨道的内部部分间隔开。使用经由在轨道侧部的内部设置的内部T形槽附接的绝缘支座将导轨安装到轨道。电力从导轨经由一个或多个集电靴254传输到控制系统和马达，所述集电靴与导轨和相关的布线可滑动地接合，以确保电力可用。如图10所示，例如在系统中使用两个集电靴组件256和相关联的支撑结构，以在可移动支撑单元104沿着轨道行进时确保电力的连续性。

也参考图6和图8-10，替代的摩擦驱动系统将进一步详细地描述。在马达140的操作控制下，该摩擦驱动器采用轮310，所述轮被保持为在与包含电力导轨的相对的侧面上与轨道的内表面接触。换句话说，驱动轮310被偏压远离电力导轨侧并与轨道的相对侧接触。施加到轮310的偏压力通过弹簧320和惰轮322来供给，其中所述惰轮骑靠在轨道的内侧并迫使驱动轮310与相对侧摩擦接触。驱动组件(图8)被允许在其经由滑动件330以可操作方式联接到支撑件130时相对于支撑件130滑动或“浮动”。由于所公开的可选的摩擦驱动机构，第一或水平驱动器140可滑动地连接到所述可移动支撑件，并且摩擦驱动机构能够相对于支撑件130沿着大致竖直于轨道的纵向轴线的方向移动。

平面支撑件130意图是自定心的。也就是说，支撑件130通过在图7中详细示出的至少四个悬挂组件160的组合被保持在相对于轨道大致定中心的水平位置。组件中的每个组件包括顶肩部轮161和侧肩部轮162，其中顶肩部轮和侧肩部轮各自保持与从所述轨道侧面向外延伸的肩部(246或248)的相应表面接触。为了确保该侧肩部轮和顶肩部轮保持接触，并确保支撑件的正确跟踪，每个悬挂组件还包括轨道惰轮164以及凸轮形惰轮臂165，所述惰轮臂枢转地附接到组件并且经由带齿凸轮167以可操作方式彼此连接。此外，臂165通过弹簧166偏压向它们接触的轨道侧表面。以这种方式，悬挂组件施加均衡的力到安装块168，安装块又固定到支撑板130以在行进期间和在休息时使所述板自定心。已经描述了用于水平驱动和控制支撑件的设备和方法，现在注意力转向系统100的平衡。还参考图1-3、图11和图14，该系统还包括附接到可移动支撑件的致动器400，其中，所述致动器包括第二驱动器410和与可旋转鼓420连接并驱动可旋转鼓420的相关联的传动装置412，如蜗轮传动装置。采用工作齿轮传动装置的一个优点是在竖直驱动马达144的制动特征失效时，蜗轮的减速抵抗移动并作为制动机构起作用。鼓420被描绘在图12的立体图中。第二或带驱动器410是由奥地利的B&R生产的ACOPOS伺服驱动器(型号#1045)。该鼓具有条带430，条带具有附接在凹座422中并缠绕在鼓的外表面的第一端，其中所述条带的第二端终止于联接器432中以连接到被附接以支撑人员110的撑杆220和支撑吊具222(或类似的支撑/辅助装置)。条带430以及因此附接的撑杆和/或吊具在传送带传动装置410的控制下被提高和降低。在一个实施例中，具有如在美国专利4,981,307和5,893,367(这两篇专利通过引用并入本文)中公开的特征的吊具可以所述系统一起使用。

尽管示例性条带和吊具被描述，但是应当理解，可根据该系统被采用各种替代的吊具构造和支撑装置，并且并不意在将所公开的系统的范围限制至描述的吊具。类似地，条带430虽然描绘为柔性的编织构件，但是可以是适合于将人员从系统悬挂的任何细长构件，包括具有编织、机织或捻搓构造的绳子、缆线等，或甚至可能是链接的或链条式的构件。在一个实施例中，条带由升华/纯化(sublimated)聚酯制成，并且旨在提供长的寿命和耐拉伸性。由于一些治疗吊具目前适于与条带类型的支撑构件一起使用，所以下面的公开内容总体涉及围绕鼓420而缠绕的条带类型的构件。

在一个实施例中，如图11和图13所描绘的，例如，该系统包括：第一或水平负载传感器450，用于检测经由条带施加到所述支撑件上的水平力；和第二或竖直负载传感器460，用于感测施加到所述条带的竖直力。用于水平传感器450的负载传感器可以是适于轴向力的测量的双向的在线传感器(in-line sensor)。

传感器450通过向下延伸的条带引导器的偏转来感测相对位置变化。更具体地，当条带沿水平方向(H)向前或向后移动时，传感器450产生提供在水平方向上施加的力的大小以及方向(例如，+/-)的信号，并经由电缆452输出信号到控制器。因此，水平力检测系统利用以可操作方式附接到可移动支撑单元并从可移动支撑单元延伸的条带引导器来检测经由所述条带的水平力，其中条带引导器以可操作方式连接到负载传感器，使得在条带从竖直沿向前或向后的方向被拉动时导致负载传感器的输出发生变化。

为了提供增加的分辨率，条带或竖直力传感器460被用在仅压缩配置中，以感测条带430中的力或张力。在所述系统中，负载传感器用于感测施加到条带的向下的竖直力(拉伸力)，并且所述传感器组件包括在单穿绕或双穿绕滑轮系统480中的至少两个滑轮或辊476和478。滑轮位于所述鼓和条带引导器630之间。如图14和图15中示出的，例如，该滑轮连接于枢转臂640的一个端部；在那里臂在其中间区段附近可枢转地附接至联接到所述可移动支撑板130的框架构件642。枢转臂640的相反端以可操作方式与负载单元460相关联，使得经由条带430施加的向下的力导致类似的向下的力被施加至滑轮或辊478。反过来，向下的力经由臂640传送以将压缩力施加在负载传感器460上。因此，负载传感器460响应于悬挂在条带上的负载而仅被以压缩方式放置。

响应于由负载传感器450和460生成的信号，被配置成从第一传感器和第二传感器和所述用户界面172接收信号的控制系统控制至少第一驱动器和第二驱动器的运动，以便利人员110的运动和支撑。此外，根据所公开的系统的一个方面，控制系统动态调整，以便通过经由鼓和第二驱动器410至少改变施加至条带的竖直力，来经由所述条带和吊具对人员提供恒定支撑。

关于竖直力，与现有的输入或预先设定的信息组合，控制器在可编程控制下操作，以处理来自竖直负载传感器460经由电缆462的信号，所述现有的输入或预先设定的信息设定经由竖直驱动器和条带组件施加到人员的竖直辅助力。例如，该系统可以具有各种练习或治疗模式，由此提供的竖直提升量被基于正在进行的特定练习而被调整或修改。例如，在平坦的表面上行走时，系统可以控制竖直力以允许患者体验约90％的体重，而在斜坡上或台阶上时百分比可稍低，约70％的体重。为了实现控制，系统必须首先确定患者的体重-这通过在全部支撑模式直接感测或通过用户界面输入重量(例如，患者体重加撑杆和吊具)而实现。一旦确定，竖直负载传感器(负载传感器)460然后以“浮动”模式被采用以便将例如10％(100-90)体重的调整后的力施加到条带和吊具，从而将患者所经受的力减少到患者体重的约90％。

简单地参考图16，在其中描绘指示系统部件之间的相对关系的控制图，包括控制器、驱动伺服马达系统和传感器反馈环路。闭环控制系统被使用PID控制技术，比例(P)、积分(I)和求导(D)增益来在两个方向(水平和竖直)上施加。此外，在接合马达之前运行加速度计算程序，使得该系统驱动器的运动曲线是平滑的。

以类似于竖直力传感器的方式，水平负载传感器450类似地感测由用户经由条带430的施加的负载的水平分量。这样，当患者从事意图沿着轨道或路径移动的练习时，系统100，或更具体地支撑件130和相关的部件也可以沿着路径分度或移动，以在患者沿着由轨道120限定的路径向前或向后前进时提供持续的竖直支撑，从而使得单元的重量对人员的影响最小化。想到的另一水平负载传感的替代方法是使用小车悬挂机构，其中与悬挂的小车相关联的力矩臂具有与其附接的负载传感器，以感测通过力矩臂施加的力的变化。

在一个实施例中，竖直和水平负载和位置控制用可编程控制器来完成，可编程控制器例如是ACOPOS伺服驱动器，从B&R获得的ACOPOS伺服驱动器(例如，型号#1045)。而且，控制器的功能允许在水平和竖直位置同时都进行控制，以避免在运动时的任何延迟，并确保控制的协调-特别是相对于极限、练习模式等的协调，如将进一步在下文中描述。

也参考图11-15，传送带或条带430以类似溜溜球的方式缠绕在鼓420上，使得鼓容纳条带的多个卷绕层，并通过穿绕滑轮系统480馈送，以使得能够可靠地控制条带以及利于感测施加在条带上的力。鉴于条带被缠绕在自身上，与竖直驱动器相关联的位置感测机构在算法的控制下工作，所述算法自动调节运动控制以考虑在条带卷起或卷绕到鼓420和离开鼓420时半径的变化。在图13和图15中还示出带张力感测系统610，其中，被弹簧偏压的臂612或类似的接触件在引导器630中的窗口620内与条带接触。每当条带松弛时臂相对于引导器枢转，并响应于枢转，该位置由微型开关614检测到，并导致开关的状态的变化。因此，当条带松弛(即，没有拉紧)时，在弹簧力作用下的臂枢转且微型开关被触发以使系统停止进一步的在竖直或水平模式下的移动，除了手动控制的运动之外。

已经描述了竖直和水平的负载控制系统的一般操作，但是应当理解，该系统可以被采用以便实现用于患者的多个练习模式。例如，用户界面可以被用来选择待被使用的这样的练习模式中的一个或多个。也可以是，如图17和图18所示，该练习模式可以经由支撑件相对于轨道(例如，120)的位置而被控制。参考图17，例如，其中描述了轨道120，轨道120被以大致矩形的路径或路线布置。沿着路径的是一系列站或区域810a-810f，其每一个可以具有待在该站完成一个或多个练习。例如，一个站(810a)可以被设计为在一个平面上行走，并且可以具有用于患者辅助的一组平行的杆或轨。另一个站(810e)可具有患者横过的倾斜的斜面或楼梯，或许在较高的辅助水平(即，体重的较低百分比被负担，从而经由条带施加更高水平的竖直力)。当支撑件从一个站围绕该环路移动到另一个站时，如图17和图18所示，辅助的类型和/或量以及控制的性质可以根据该特定区域预先编程。应该理解的是，每个区域的位置和特征本身可以是可经由用户界面编程的，并且预计，不同大小和构造的环路或路径可以针对特定的患者、治疗中心等的需要被定制。例如，可以使患者的编程信息存储在系统内，并且当患者到达以进行治疗时，分配给他们的支撑系统由他们最后一次访问时经历的治疗期自动编程以用于进行相同或略加修改的治疗期。

如上所述，在一个实施例中设想使用多个系统单元100。然而，还应当理解的是，使用多个系统可能需要这样的系统能够避免冲突。因此，如图17所示，系统通过适合监控所有系统的位置的主控制器，或者通过在系统本身之间的互相通信而保持与相邻装置的相对位置相关的信息，使得它们在单元之间保持安全间隔距离D。尽管未示出，但是在系统采用多个系统单元的情况下，进一步设想，一个或更多个单元可以在不使用时“停放”在支柱上或其它非使用位置，以允许仅由单个用户无阻碍地使用整个治疗回路。

参照图19-21，其中描述了示例性的用户界面屏幕来演示所公开的系统的操作特征。在图19所示的U/1172的屏幕是访问系统控制页面(界面)的登录屏幕，若其多个示例被在图20-21中示出。在图20中，示出了用于界面172的控制面板屏幕。屏幕包括竖直和水平控制(模式)的信息，包括指示相应负载传感器信号、运行状态和速度的字段。还指示了控制模式，在这两种情况下显示就绪，以指示该系统准备好使用竖直和水平控制。

在图20的屏幕的下部，示出了一系列的按钮以允许分别手动控制竖直和水平驱动器。每个子系统可以在任何一个方向上轻摇(jog)，并且用于该子系统的控制也可以被禁用。各种系统状态，包括系统的和/或关于致动器的状态数字，可被显示以用于维护和/或故障排除。此外，对于水平和竖直运动二者的开/关控制位于此页面中。

还根据公开的实施例考虑到一个或多个校准技术，从而使各传感器(例如，竖直负载和水平力)被校准，以确保对患者的准确响应。如本文所指出的，负荷传感器被用在不同的配置中并且结果校准技术也不尽相同。例如，该竖直力传感器被用在仅压缩配置中，因而给出了在所施加的负载和负载传感器的输出之间的1∶1的对应关系。另一方面，水平负载传感器相对于负载不是1∶1的关系。然而，水平负载感测对于患者的操作和支撑来讲稍微较不关键，因此，可容忍较低的分辨率/响应的水平负载传感器。

所公开的系统的另一特征是被称为虚拟限制的特征。还参照图21，描绘了用于虚拟限制的用户界面。在一个实施例中，可能存在针对特定系统或患者设置的多种类型的限制。该限制类型可以指定一个“硬停止”限制，或软的或过渡性限制(其中浮动模式下的操作被调整或禁用)。例如，在硬停止限制的情况下，基于位置-竖直和/或水平的-设定限制。参考图21，上限和下限分别被输入到字段1220和1222。并且使用邻近那些字段的复位按钮来允许限制被复位到预先确定的或默认的级别，或被禁用。左限和右限被类似地分别输入到字段1230和1232，并且它们也可以被复位到预先确定的或默认的级别或被禁用。该界面响应于经由许多输入方法(例如，触摸屏、鼠标、手写笔、键盘等)中的一种进行的用户输入，并且输入限制字段的数值可经由数字键盘、滚动窗口或其他常规的用户界面手段来完成。此外，这样的限制可以通过物理操纵单元到达在其中限制被期望设定的位置来进行设置，然后记录该地点/位置。进一步设想，限制本身可以针对特定区域810而被设置，并且该输入的值可以是适用于整个系统的路径或仅其一部分。在限制可以经由界面172的屏幕上的按钮1250启用或禁用的情况下也是这样，如图21所示。

用户界面还设想为方便收集、存储和显示与特定的患者相关的信息，不仅包括如上所述的针对治疗练习的设定，而且还包括附加信息。例如，该界面可以允许收集和显示生物特征信息、用户执行指标等。除了站立控制器或作为对其的替代，可以使用各种技术来启用用户界面。示例包括有线和无线装置或计算平台、以及智能电话、平板电脑或其它个人数字辅助装置、对接站等。此外，康复升降系统的计算和/或控制资源可以驻留在控制器170中，在单个人员系统单元自身中，或者通过一个或多个有线或无线连接很容易地访问和互连的其它位置中。

在一个实施例中，除了用户界面，系统、特别是可移动支撑单元104，可包括一个或多个指示器，如发光二极管(LED)，所述指示器处于控制系统的控制下并被控制系统操作。指示器可以设置在支撑单元的任何外部表面或壳体上，并且将设在下述位置(例如，图3中的位置912)，其中它们将被治疗医生和/或系统的用户很容易地看到以便在治疗医生正在观察使用该系统的患者时提供视觉提示。该指示器将显示系统的运行状态，并可以基于LED的颜色、模式(如，开、关、闪烁的速度)并结合其它LED来发送进一步的故障信号或其他信息。如上所述，用户界面可以包括手持设备以及任何永久定位的设备，如触摸屏等，也可以适用于显示来自所述控制系统的信息，以及接收由治疗医生输入的信息以便控制系统的操作(例如参见图19-21)。如由图22-26进一步示出的，该系统可以包括附加的计算资源，例如存储器或存储装置，其使得能够不仅存储与系统操作相关联的数据，还存储患者数据。在一个实施例中，该系统包括用于存储与该系统的操作相关的信息的操作数据库。这种数据库还可以存储与由不同的患者和他们的治疗医生使用该系统相关的信息。例如，图22-23是可用于跟踪和输入与康复升降系统的使用相关的患者专有信息的用户界面窗口的说明性示例。如图22和图23所示，各种字段被提供以显示和输入患者信息(或使其从数据库自动填充)。某些字段包括患者记录信息以供治疗医生复查(如图22中的受伤日期、医疗史、预断、施药)，而其他字段允许治疗医生根据患者使用该系统的情况来输入信息(例如，如图23所示的初始FIM得分、计划或护理、病程笔记和卸载)。

简单地参考图24，示出了用户界面172的说明性示例，其描绘了表示系统的计划或使用的日常列表窗口。如上所述，在图24的界面窗口172上描绘的某些字段可从包含在系统数据库中的信息自动填充，而其它字段可以是治疗医生或系统的其他用户可获得的下拉或类似的数据输入字段。类似地，图25提供在用户界面172上的护理窗口的用户界面计划的说明性示例。在护理窗口的计划中，治疗医生可以从针对患者的一个或多个预编程的活动中进行选择。应当理解的是，各种活动都受制于编程控制和可以被输入或预先存储在数据库中的某些患者专有信息的输入。最后，图26提供了用于复查和输入患者治疗期数据的用户界面窗口的说明性示例。再次，某些字段可以基于患者ID或类似的唯一标识符预先填充信息。并且，患者治疗期界面还包括用于治疗医生输入信息的字段。应当理解的是，信息的使用和显示并不限于所描述的特定界面屏幕。此外，该系统还可以是能够跟踪患者的执行以测量重复次数、辅助量、防止跌倒的次数等，以便在未来提供这样的数据，或提供随着时间推移的执行测量。所公开的实施例的动态防止跌倒的方面，特别是当系统控制器以被称为浮动模式的模式运转时，允许动态跌倒事件的感测，并同时防止实际跌倒，该系统还可以记录这种情况的发生以便后续的复查和跟踪。

还设想某些字段以及用于该系统的运行设定的自动填充，这不仅基于存储在数据库中的信息，而且基于由治疗医生输入的数据。其结果是，治疗医生或该系统的其他用户可用的用户界面可以显示以患者记录窗口、示出该系统的使用的日常列表窗口，护理计划选择窗口和/或治疗期数据窗口的形式选择的信息。

应当理解的是，在此描述的实施例的各种变化和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。可以在不脱离本公开的精神和范围以及不减少其预期优点的情况下进行这些变化和修改。因此可以预期，所有这些变化和修改被本申请涵盖。

Claims (17)

1.一种用于支撑人员重量的系统，包括：

轨道；

可移动支撑单元，所述可移动支撑单元以可操作方式附接到轨道，所述可移动支撑单元能够沿着由轨道限定的路径在第一方向和在与所述第一方向大致相反的第二方向上移动；

附接至可移动支撑单元的第一驱动器，所述第一驱动器使所述可移动支撑单元沿着由轨道限定的路径移动，其中所述第一驱动器摩擦联接到轨道的表面，以控制所述可移动支撑单元的沿着轨道的水平位置；

附接至可移动支撑单元的致动器，所述致动器包括用于驱动可旋转鼓的第二驱动器，所述鼓使条带的第一端附接其上并且使所述条带以重叠卷绕方式围绕所述鼓的外表面缠绕，并且所述条带的第二端被联接到被附接以支撑人员的支撑吊具；

用于检测经由条带施加至可移动支撑单元的水平力的第一传感器，其中所述第一传感器包括以可操作方式附接到所述可移动支撑单元并从所述可移动支撑单元延伸的条带引导器和第一负载传感器，所述条带引导器以在条带被人员从竖直沿向前或向后的方向拉动时引起第一负载传感器输出改变的方式附接；

用于感测施加到所述条带的竖直力的第二传感器；其中第二传感器包括在鼓和由条带支撑的人员之间的至少一个滑轮，其中所述滑轮连接在枢转臂的一个端部上，所述枢转臂在其中间区段附近以可枢转方式附接至联接到所述可移动支撑单元的框架构件，并且其中所述枢转臂的相反端与第二负载传感器以可操作方式相关联，使得第二负载传感器响应于悬挂在条带上的人员被放置成仅处于压缩；和

控制系统，所述控制系统被配置成接收来自第一传感器和第二传感器以及用户界面的信号，并且控制至少第一驱动器和第二驱动器的运动以利于在人员运动过程中的支撑，其中控制系统通过以下方式来动态调整提供给人员的支撑的量：沿着轨道水平地移动所述可移动支撑单元以跟随人员，从而使得对人员的影响最小化，以及通过条带、鼓和第二驱动器来改变施加到人员的竖直力以适合于人员。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述轨道包括端对端相接的多个挤出构件和针对可移动支撑单元在其上行进的轨道的每个部分的沿轨道的内部部分的多个电力导轨。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述挤出构件包括沿纵向方向延伸的大致平面的上表面；纵向地且从上表面的每一侧向下地延伸的相对侧面，其中所述上表面和向下延伸的侧面的组合形成轨道的内部部分；所述相对侧面中的每一个还包括沿向外方向从其延伸的肩部。

4.根据权利要求3所述的系统，还包括延伸向下延伸的侧面中的每一个侧面的整个长度的至少一个封闭通道。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述轨道包括适于安装部件插入的至少一个T型槽。

6.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一驱动器被保持成与所述轨道的内部部分摩擦接触，并且其中所述可移动支撑单元从搁置在从轨道的相对侧面延伸的肩部中的每一个肩部上的辊悬挂。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述可移动支撑单元还包括适于限制所述可移动支撑单元沿轨道的纵向轴线的位置的偏压惰轮。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一驱动器沿大致垂直于轨道的纵向轴线的方向以可滑动方式连接到所述可移动支撑单元。

9.根据权利要求1所述的系统，其中用于检测经由所述条带的水平力的第一传感器包括以可操作方式附接到所述可移动支撑单元并从所述可移动支撑单元延伸的条带引导器，所述条带引导器被以在条带从竖直沿向前或向后的方向拉动时引起负载传感器输出的改变的方式附接到负载传感器。

10.根据权利要求9所述的系统，还包括条带松弛传感器，所述条带松弛传感器包括与条带引导器中的窗口邻近的微型开关，所述微型开关包括与所述条带接触的偏压触点，其中，每当条带中存在松弛时，所述触点导致微型开关改变状态，并且其中状态的改变由控制系统感测到，使得致动器的操作在检测到条带松弛时至少暂时被禁用。

11.根据权利要求1所述的系统，还包括：

多个指示器，所述多个指示器由所述控制系统操作，所述指示器显示所述系统的操作状态；和

用户界面，所述用户界面适于显示来自所述控制系统的信息以及接收由治疗医生输入的信息以便控制所述系统的操作。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，该系统包括用于存储与所述系统的操作相关的信息的数据库，并且其中用户界面还显示从包括以下项的组中选择的信息：患者记录窗口、显示系统的使用的日常列表窗口、护理计划选择窗口和治疗期数据窗口。

13.一种用于支撑人员的重量的系统，包括：

轨道，所述轨道包括端对端相接的多个挤出构件和针对轨道的每个部分沿轨道的内部部分纵向布置的多个电力导轨，其中至少一个挤出构件包括沿纵向方向延伸的大致平面的上表面、纵向地且从上表面的每一侧向下地延伸的相对侧面，并且其中所述上表面和向下延伸的侧面的组合形成轨道的内部部分；所述相对侧面中的每一个还包括沿向外方向从其延伸的肩部；

可移动支撑单元，所述可移动支撑单元以可操作方式附接到轨道，所述可移动支撑单元能够沿着由轨道限定的路径在第一方向和在与第一方向大致相反的第二方向上移动；

附接至可移动支撑单元的第一驱动器，所述第一驱动器使所述可移动支撑单元沿着由轨道限定的路径移动，其中所述第一驱动器摩擦联接到轨道的表面，以控制所述可移动支撑单元的沿着轨道的水平位置，其中所述第一驱动器被保持成与所述轨道的内部部分摩擦接触，并且其中可移动支撑单元从搁置在从轨道的相对侧面延伸的肩部中的每一个肩部上的辊悬挂；

附接至可移动支撑单元的致动器，所述致动器包括用于驱动可旋转鼓的第二驱动器，所述鼓使条带的第一端附接其上并且使所述条带以重叠卷绕方式围绕所述鼓的外表面缠绕，并且所述条带的第二端被联接到被附接以支撑人员的支撑吊具；

用于检测经由条带施加至可移动支撑单元的水平力的第一传感器，所述第一传感器包括以可操作方式附接到所述可移动支撑单元并从所述可移动支撑单元延伸的条带引导器，所述条带引导器被以在条带从竖直沿向前或向后的方向拉动时引起第一负载传感器输出改变的方式附接到第一负载传感器；

用于感测施加到所述条带的竖直力的第二传感器，所述第二传感器包括在鼓和由条带支撑的人员之间的至少一个滑轮，其中所述滑轮连接在枢转臂的一个端部上，所述枢转臂在其中间区段附近以可枢转方式附接至联接到所述可移动支撑单元的框架构件，并且其中所述枢转臂的相反端与第二负载传感器以可操作方式相关联，使得第二负载传感器响应于悬挂在条带上的负载被放置成仅处于压缩；和

控制系统，所述控制系统被配置成接收来自第一传感器和第二传感器的信号，并且控制至少第一驱动器和第二驱动器的运动，以利于在人员运动过程中的支撑，其中所述控制系统通过以下方式来动态调整提供给人员的支撑的量：沿着轨道水平地移动所述可移动支撑单元以跟随人员，从而使得对人员的影响最小化，以及通过条带、鼓和第二驱动器来改变施加到人员的竖直力以便适合于给定患者。

14.根据权利要求13所述的系统，还包括：

多个指示器，所述多个指示器由控制系统操作，所述指示器显示所述系统的操作状态；和

用户界面，所述用户界面适于显示来自所述控制系统的信息以及接收由治疗医生输入的信息以便控制所述系统的操作，其中，所述控制系统还被配置成接收来自用户界面的信号。

15.根据权利要求14所述的系统，其中该系统包括用于存储与所述系统的操作相关的信息的数据库，并且其中用户界面还显示从包括以下项的组中选择的信息：患者记录窗口、显示系统的使用的日常列表窗口、护理计划选择窗口和治疗期数据窗口。

16.一种用于支撑人员重量的方法，包括：

提供轨道，所述轨道包括端对端相接的多个挤出构件和针对轨道的每个部分沿轨道的内部部分纵向布置的多个电力导轨，其中至少一个挤出构件包括沿纵向方向延伸的大致平面的上表面，纵向地且从上表面的每一侧向下地延伸的相对侧面，并且其中所述上表面和向下延伸的侧面的组合形成轨道的内部部分；所述相对侧面中的每一个还包括沿向外方向从其延伸的肩部；

将可移动支撑单元以可操作方式附接到轨道，所述可移动支撑单元能够沿着由轨道限定的路径在第一方向和在与第一方向大致相反的第二方向上移动；

利用附接至可移动支撑单元的第一驱动器沿着由轨道限定的路径移动所述可移动支撑单元，其中所述第一驱动器以可操作方式联接到轨道的表面，以控制所述可移动支撑单元的沿着轨道的水平位置，并且其中所述可移动支撑单元从搁置在从轨道的相对侧面延伸的肩部中的每一个肩部上的辊悬挂；

利用附接至可移动支撑单元的致动器控制人员的竖直位置，所述致动器包括用于驱动可旋转鼓的第二驱动器，所述鼓使条带的第一端附接其上并且使所述条带以重叠卷绕方式围绕所述鼓的外表面缠绕，并且所述条带的第二端被联接到被附接以支撑人员的支撑吊具；

利用第一传感器检测经由条带施加至可移动支撑单元的水平力，所述第一传感器包括以可操作方式附接到所述可移动支撑单元并从所述可移动支撑单元延伸的条带引导器，所述条带引导器被以在条带从竖直沿向前或向后的方向拉动时引起第一负载传感器输出改变的方式附接到第一负载传感器；

利用第二传感器感测施加到所述条带的竖直力，所述第二传感器包括在鼓和由条带支撑的人员之间的至少一个滑轮，其中所述滑轮连接在枢转臂的一个端部上，所述枢转臂在其中间区段附近以可枢转方式附接至联接到所述可移动支撑单元的框架构件，并且其中所述枢转臂的相反端与第二负载传感器以可操作方式相关联，使得所述第二负载传感器响应于悬挂在条带上的负载被置于仅处于压缩；和

提供控制系统，所述控制系统被配置成接收来自第一传感器和第二传感器以及用户界面的信号，并且控制至少第一驱动器和第二驱动器的运动以利于人员的运动并支撑人员的运动，其中控制系统通过沿着轨道水平地移动所述可移动支撑单元以跟随人员来动态调整提供给人员的支撑的量。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述控制系统被预编程，以便于以使得对人员的影响最小化的方式控制所述可移动支撑单元的操作，同时允许所述人员的移动，并动态地感测和防止跌倒，并由此经由条带、鼓和第二驱动器来改变施加到人员的竖直力；并且其中针对每个人员调节用于第二驱动器的操作的参数。