CN109475460B - 用于上肢康复的便携式装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于上肢(2,3)康复的便携式装置(100)，其在表面上可运动，通常是在平坦的水平表面上运动，并且其包括用于检测用户(1)的运动意图的机构，从而提供辅助/阻力以在恰好需要时执行正确的运动，特别是当目标运动是非确定性时。另外，本发明的便携式装置(100)包括用于用户的前臂(其可以类似于扶手)的支撑结构，该支撑结构可枢转，优选地在肘部的旋转关节的方向上枢转(其围绕水平轴线垂直地枢转)，从而允许人体工程学的肘部和肩部的自由弯曲/伸展，但限制肩部旋转，这是由装置的方位决定以避免受伤。本发明还涉及一种用于康复用户(1)的上肢(2,3)的方法，以及一种用于用户(1)的上肢(2,3)的康复系统，其包括这种便携式装置(100)。

Description

用于上肢康复的便携式装置

技术领域

本申请涉及一种用于使在利用上肢同时进行伸出和提升任务方面有困难的受损用户康复的便携式装置。该装置特别适用于治疗神经血管或肌肉骨骼损伤或上肢疾病的康复和/或物理治疗项目。

现有技术

每年有几十万人由于上肢运动损伤而残疾。损伤可能是由于中风等神经系统疾病引起，或可能是由于肌肉骨骼损伤引起。在这两种情况下，疾病或伤害都可导致运动范围减小、肌肉无力、速度损失和/或受影响肢体的协调性下降。

已知物理疗法可有效降低残疾程度。事实上，在患者每天以更长时间接受更多治疗的护理中心获得在康复成果方面的更好结果。

与患者手臂机械地联接的智能机器人可用于帮助患者在康复期间进行锻炼，从而增加在康复训练中花费的时间。此外，机器人的传感器可用于评估治疗周期开始时的损伤程度并且监测进展。

然而，目前这一代的康复机器人仍然存在一些未解决的问题，这些问题使其无法大规模使用。其中，成本是其中重要的一个问题。机器人装置应该足够便宜，以便被护理中心广泛使用。使用的简单性不仅对于治疗师(通常具有非工程背景)是个问题，而且其在机器人装置必须在家中由患者自己使用的情况下对于患者也是个问题。“在家中使用”特征还要求装置的便携性。

许多装置试图解决这个问题。例如，专利文献US-2007/0021692-A1描述了一种用于执行诱发的肢体运动的系统。借助于位置传感器记录手或脚的轨迹，并且可以记录由肢体施加的压力。

专利文献WO 99/61110描述了一种用于训练快速伸出运动(前馈运动)的系统。该系统包括位置测量(手、手臂、关节)、EMG测量并反馈给用户。

专利文献US-7311643-B2描述了一种便携式上肢和肩部练习板。它提供了在具有离散可变摩擦系数的平面中移动手柄的方法。

专利文献JP 2002-272795描述了一种上肢康复装置，其包括用户施加在把手(运输装置)上的位置和力的测量和反馈机构。该系统需要具有轨道的仪器台，其中运输装置可以在该轨道上运动。

专利文献JP 2004-008605描述了一种肢体康复训练设备。它提供了测量肢体施加在固定装置上的力的机构以及向用户提供反馈的机构，例如视频、声音、振动。

专利文献EP-2298266-A1公开了一种用于上肢康复的便携式装置，其可在表面上运动并且其包括用于用户前臂的扶手。该装置还包括用于监测扶手运动的机构和用于感测由用户的手臂在与表面正交的方向(即垂直方向)上使用的力的机构。

专利文献EP-2678759-A1公开了一种触觉装置，其可在轮上运动并且能够沿着任何期望的轨迹或路径，即，它是全向的。

在后两种情况下，用户的前臂被限制为仅在水平面(即，表面的平面，其也是支撑的平面)上运动，因此在平面伸出任务期间，不能自由地允许自然肘部弯曲和自然肘部伸展。而且，需要恒定的肩部弯曲，其除了对患者而言疲劳之外，由于不可避免地发生躯干运动以补偿恒定的肩部弯曲而可能对手臂训练功效有害和/或降低手臂训练功效。

为了使这些装置提供必要的治疗效果，患者在训练中的积极参与对于最大化训练功效非常重要。在这方面，游戏以其引发高度参与并长时间保持关注的能力而闻名；因此，在过去几年中，将游戏并入中风康复治疗已被广泛接受。有证据表明，与传统疗法相比，使用游戏可能有益于运动功能的改善。然而，当为那些不能自己进行动作的受试者提供辅助时，如果不是仅在需要时向严重受损的用户提供一些帮助，就会丧失积极性和参与性。

当有待辅助的运动为已知时，即确定性运动时，实现这种辅助相对容易：能够配置装置以便在用户无法进行该运动时提供辅助，或者在运动不是正确的运动时提供阻力。然而，当不知道患者想要运动到哪里时，即非确定性运动时(例如，当完成拼图游戏时)，向用户提供必要的辅助是不明白的。实际上，需要检测用户的意图。

用于检测用户意图的当前系统使用复杂且昂贵的传感器组，这将会阻碍它们被大规模使用。

因此，考虑到康复目的以及发现这些患者的意图可能无法以正确的方式显示，需要一种用于严重损伤患者的经济有效的专用装置来检测其运动意图，从而使患者以某种方式控制装置而不受其控制，并因此积极地参与治疗。

发明的描述

为了避免前面部分中指出的问题，本发明提供了一种用于上肢康复的便携式装置，其可在表面(通常是平坦的水平表面)上运动，并且其包括用于检测来自用户(即，患者)的运动意图的机构，从而提供辅助/阻力以在恰好需要时执行正确的运动，尤其是当目标运动是非确定性时。

另外，本发明的便携式装置包括用于用户的前臂的支撑结构(其可以类似于扶手)，该支撑结构可枢转，优选地在肘部的旋转关节的方向上枢转(其绕着水平轴线垂直地枢转)，从而允许人体工程学肘部和肩部自由弯曲/伸展，但限制肩部旋转，这是由装置的方位决定以避免受伤。

本发明涉及一种用于康复用户的上肢的便携式装置，该便携式装置包括可在表面上运动的支撑件，该便携式装置还包括：

-用于支撑用户的前臂的第一支撑结构；和

-用于监测支撑件的运动的监测机构。

根据本发明的第一方面，便携式装置还包括第二支撑结构；第一支撑结构通过具有一个旋转自由度的第一接头联接到第二支撑结构；并且第二支撑结构通过具有三个旋转自由度的第二接头联接到支撑件；便携式装置还包括：

力感测机构，其用于感测用户的手臂施加在支撑件上的力；

角度传感器机构，其用于测量第一支撑结构相对于第二支撑结构的倾斜角度；和

处理机构，其用于基于由力感测机构测量的力和由角度传感器机构测量的第一支撑结构的倾斜角度来检测用户的运动意图。

如下面将进一步解释的，处理机构还可以被配置为基于由角度传感器机构和力感测机构提供的数据、并且优选地还基于便携式装置在表面上的方位，来计算意图向量，该意图矢量限定用户的运动意图的方向。

便携式装置中的第一和第二支撑结构的特定机械设计允许自然和安全的手臂运动，避免能导致伤害的不期望的运动模式，并且还允许检测用户的运动意图，这反过来会通过促进用户积极参与训练而最大化治疗结果。

如图所示，第一支撑结构通过具有一个旋转自由度的第一接头联接到第二支撑结构，该一个旋转自由度优选地是俯仰，即，第一支撑结构可相对于第二支撑结构垂直地枢转。

在优选实施例中，第一支撑结构包括用于至少紧固用户的前臂的第一紧固机构，从而控制手臂的位置和配置，特别是肩部的外展/内收和旋转运动，从而防止肩部脱臼。

因此，本发明的便携式装置允许患者在平面伸出任务期间进行自然的前臂运动，不仅具有最小的阻力而且还不用运动躯干并且手臂具有自然姿势。

第一支撑结构优选地还包括用于紧固用户的手腕或手的第二紧固机构，第一和第二紧固机构位于第一支撑结构上的分离点处，当用户被附接到便携式装置时，该分离点限定与用户的前臂的纵向轴线重合的第一方向F'-B'。

在优选实施例中，力感测机构位于第二支撑结构和支撑件之间；由于第二支撑结构可相对于便携式装置的支撑件自由旋转，因此力感测机构能够检测用户施加在第二支撑结构上的力。

在一些实施例中，力感测机构是至少两个测力元件(load cell)，以提供关于用户施加的力的另外的信息(方向和大小)。根据第二支撑结构的尺寸，测力元件可以平行于第一方向F'-B'放置。

力感测机构优选地相对于与第一方向F'-B'平行且包含第一和第二紧固机构的平面对称地放置在支撑件上，以便于实现用户的运动意图的检测。

在一些实施例中，用于测量第一支撑结构的旋转角度的角度传感器机构是电位计，其以低成本提供可靠信息并且易于包括在装置中。

用于检测用户的运动意图的处理机构被配置，以分别基于由角度传感器机构提供的第一支撑结构的角度值和其标志，来确定用户在第一方向F'-B'上的运动意图以及在该第一方向上的某种意义上或相反的意义上的运动意图。

用于检测用户的运动意图的处理机构还可以被配置，以当第一支撑结构的角度高于预定值时，基于第一支撑结构的角度和由力感测机构测量的力来确定用户在第一方向F'-B'上的运动意图。

用于检测用户的运动意图的处理机构可以被配置，以基于力感测机构测量的力，来确定用户在与第一方向F'-B'正交的第二方向L'-R'上的运动意图。

在一些实施例中，便携式装置是机动化的，以便一旦检测到运动意图就向用户提供在特定方向上运动的辅助运动。便携式装置的机动性可以包括使第一支撑结构和/或第二支撑结构和/或第一接头和/或第二接头机动化。

本发明的另一方面涉及一种用于康复用户的上肢的方法，该方法包括：

-将用户的上肢(通常是前臂)的至少一部分附接到如前所述的便携式装置；

-监测便携式装置的支撑件的运动；

-测量用户的上肢施加在支撑件上的力；

-测量第一支撑结构相对于第二支撑结构的倾斜角度；和

-基于力感测机构测量的力和第一支撑结构的角度来确定用户的运动意图。

在优选实施例中，一旦确定了运动意图，该方法还包括向用户提供通常机动化的辅助运动。

本发明的另一方面涉及一种用于用户的上肢的康复系统，该系统包括：

-如前所述的便携式装置；

-遥控和可视化单元；和

-训练和评估单元，其配置以提供训练课程；

其中，训练和评估单元被配置，以基于由处理机构提供的意图向量和训练课程的一组可能的目标位置，来确定用户的上肢的目标位置和方位。

训练和评估单元可以被实现为与便携式装置相互独立的单元。或者，训练和评估单元可以与便携式装置的处理单元相集成或者作为其一部分，处理单元还被配置以确定目标位置。

康复系统还可以包括便携式装置在其上运动的表面的地图，以便检测便携式装置在其上的位置和方位。

在便携式装置被机动化的情况下，训练和评估单元还被配置成为上肢提供辅助运动以到达目标位置。

之前限定的本发明的不同方面和实施例可以彼此组合，只要它们彼此兼容即可。

从下面的详细描述中，本发明的其他优点和特征将变得明显，并且将在所附权利要求中特别指出。

附图的简要说明

为了完成描述并且为了更好地理解本发明，提供了一组附图。所述附图形成说明书的组成部分并且示出了本发明的实施例，实施例不应被解释为限制本发明的范围，而是仅作为如何实施本发明的示例。附图包括以下图：

图1是根据本发明的示例性实施例的用于手臂康复的便携式装置的上部的示意性立体图。

图2是图1中所示的便携式装置的分解图。

图3是附接到用户的前臂的图1的便携式装置的示意性俯视图。

图4是图1的便携式装置处于持平位置的侧视图。

图5和6分别展示图1的便携式装置略微向前和向后倾斜的侧视图。

图7和8显示图1的便携式装置的侧视图，其相对于图5和图6中所示的倾斜分别进一步向前和向后倾斜。

图9和10分别显示图1的便携式装置处于静止位置和略微向侧面倾斜的正视图。

图11是显示如何检测用户在相对向前/向后方向上的运动意图的流程图。

图12是显示如何检测用户在相对向左/向右方向上的运动意图的流程图。

图13是显示检测用户运动意图的操作原理的流程图。

图14是显示本发明如何操作以及与康复游戏的交互的流程图。

发明的实施方式的描述

以下描述不是以限制性方式进行，而是仅出于描述本发明的宽泛原理的目的而给出。现在将参考显示根据本发明的元件和结果的上述附图，并通过示例的方式描述本发明的实施例。

现在参考附图，将描述根据本发明的便携式装置100的示例性实施例。便携式装置(在本说明书中也被称为移动单元或移动机器人)包括支撑件10(在本说明书中也被称为移动平台)并且可在表面上运动，通常是平坦的水平表面(图中未示出)，如桌子的表面。

因此，便携式装置包括用于在平坦表面上运动的机构，该便携式装置可以包括优选地布置在等边三角形的顶点处的三个球形轮，例如全向轮(图中未示出)。

本发明的便携式装置100用于康复用户1的上肢(臂2、前臂3)，并且还包括扶手20，扶手20具有手矫形器21和前臂矫形器22，其中用户的手和/或手腕和前臂3可以固定到该扶手20(参见图3)。

一旦便携式装置100附接到用户的前臂，它就在用户1进行康复练习的表面上的任何方向上可运动，通常遵循通过位于用户前方的屏幕(图中未示出)给他/她的提示来运动。便携式装置100使用户能够在水平表面上的大工作空间中进行各种运动。

现在参考图3，为了参考目的，便携式装置100的运动将参考以下方向：

-绝对向前F和绝对向后B，即，由用户的位置和屏幕的位置限定的方向F-B；

-绝对向右R和绝对向左L，即，与前一句中限定的绝对前后方向F-B正交的方向L-R；

-相对向前F'和相对向后B'，即，在平行于扶手20的纵向轴线的方向F'-B'上；和

-相对向右R'和相对向左L'，即，与扶手20的纵向轴线正交的方向L'-R'。

在附图所示的优选实施例中，扶手20借助于水平接头23以可枢转的方式连接到板30，因此扶手20可沿着相对F'-B'方向在与支撑件10的平面正交的平面(或便携式装置100在其上运动的表面)上枢转(角度θ，参见图5)。由于其允许肘部的自由弯曲-伸展运动，因此这对于促进手臂自然运动是重要的。

扶手20在水平面中的角度对应于便携式装置100的角度，这允许在水平面中控制扶手角度α，并因此控制前臂角度。便携式装置100的这种特定结构允许手臂自然且安全地运动，通过控制便携式装置100的角度来避免能导致伤害的不期望的肩部运动。

便携式装置100还包括电位计(图中未示出)或安装在水平接头23上的任何其他合适的角度传感器机构，以用于测量扶手20的旋转角度θ。

便携式装置100还包括光学跟踪装置，其嵌入在支撑件10中，使得便携式装置100的绝对位置和方位(由角度α给出，参见图3)是已知的并且可以被一直计算。可以将用于计算便携式装置100的位置和方位的其他合适的机构包括在便携式装置中。

便携式装置100还包括位于板30和支撑件10之间的两个测力元件31，32。在图中所示的优选实施例中，测力元件31，32被放置成与扶手20的纵向轴线平行，优选地，距离扶手20的距离相等。测力元件31，32的对称位置是优选的，因为不对称可能需要在使用测力元件之前校准它们。为简单起见，建议使用相等距离。

每个测力元件的一侧通过螺钉(螺钉311和321)连接到板，并且另一侧也通过螺钉(螺钉312和322)安装在支撑件10的上侧。

另外，便携式装置100包括具有三个旋转自由度的接头33，例如万向接头，其连接到板30的下侧。万向接头33借助于螺钉331与扶手20对齐，并且优选地在其几何中心上，使得允许板30响应于前臂施加的力在任何方向上旋转，导致测力元件31，32偏转。万向接头33借助于螺钉332连接到支撑件10的上侧。

支撑件10容纳嵌入式处理单元(图中未示出)，其优选地包括用于接收模拟和/或数字输入、以及发送数字输出的机构，用于控制和驱动车轮的机构，和用于有线/无线通信的机构。

为了检测用户向前和/或向后F-B移动便携式装置100的意图，处理单元利用以下输入：由电位计测量的扶手旋转角度Θ，由两个测力元件31，32测量的力信号和由光学跟踪装置提供的便携式装置100在由角度α给定的表面上的相对方位。由于扶手水平接头23是可自由旋转的接头，即使用户1施加的微弱力也可以使扶手20移动，导致如图5和6所示的在预期方向的角度变化。电位计检测扶手20的旋转角度Θ的这种变化。

但是，如图7和8所示，存在以下情况：其中即使用户继续相对向前F'或相对向后B'施加力，则扶手的旋转角度θ也不再变化：当扶手20与板30接触时，这取决于板30和扶手20的设计和尺寸。可替代地，扶手的旋转角度θ可以被机械地限制到最大值。在这种情况下，用户在相对向前-向后方向F'-B'上的运动意图是通过测力元件31，32提供的信息来检测。一旦扶手与板30接触或扶手旋转角度θ达到其最大值时，两个测力元件31，32响应于患者施加的力而偏转。在图中所示的便携式装置的具体设计中，如果两个力都是正的，则运动意图是相对向前F'，而如果力是负的，则指示相对向后B'的运动意图。

图11总结了如何检测相对向前/向后方向F'-B'的运动意图。

首先，一旦用户1的前臂2附接到扶手，则测力元件31，32被校准(1000)以考虑用户的前臂的重量，并且由测力传感器测量的力被设定为零。然后测量扶手20的旋转角度(1001)。然后检查该角度是否低于其最大值(1002)。如果没有达到其最大值，则测量旋转角度的变化(1003)，并检查该角度变化是否持续至少预定的时间间隔(1004)，否则旋转角度的变化将被再次测量。如果旋转角度的变化适时持续(即，不是由于患者颤抖)，则测量旋转角度(1005)并且根据其是正还是负，确定运动意图分别是相对向前F'(1006)还是相对向后B'(1007)。

如果旋转角度已达到其最大值(1002)，则测量两个测力元件中的力(1008)，并检查这些力是否持续至少预定的时间间隔(1009)，否则再次测量力。如果由测力元件测量的力适时持续(不是由于患者颤抖)，则检查它们是正还是负(相对于在校准阶段设定的零值)(1010)，并且决定运动意图分别是相对向前F'(1006)还是相对向后B'(1007)。正值意味着由测力元件测量的力高于用户的前臂处于校准阶段时由测力元件测量的初始力。

为了检测用户相对于便携式装置100在相对向右/向左方向L'-R'上的运动意图，处理单元利用由两个测力传感器31，32提供的力信号。在前一种情况下，首先执行校准阶段1000。当患者沿L'-R'方向向扶手20施加力时，这些力通过板30(板30可相对于万向接头33旋转)直接传递到两个测力元件31，32，如图9和10所示。当向扶手20施加相对向左L'的力时，通过测力元件31测量负力，而通过测力元件32测量正力。相反，当向扶手20施加相对向右R'的力时，由测力元件31测量正力，而由测力元件32测量的力为负。

图12总结了如何在相对向左-向右方向L'-R'中检测到运动意图。

测量来自测力元件31，32的力(1011,1012)。然后检查在每个测力元件处测量的力(相对于在校准阶段设定的零值)是正还是负(1013,1014)。然后检查力测量值是否持续至少预定的时间间隔(1015,1016)，否则再次测量力。然后，当通过测力元件31测量到负力并且通过测力元件32测量到正力时，确定运动意图是相对向左L'(1017)；如果测力元件31测量到正力并且测力元件32测量到负力，则确定运动意图是相对向右R'(1018)。

如前所述，需要检查信号的持续时间的条件以确保信号是否是有意产生，因为大多数中风患者有一些震颤，这可能影响信号。

图13是显示用于检测用户的运动意图的整个过程的流程图。确定过程的步骤对应于图11和12的步骤，图11中的步骤1008对应于图13中的步骤1011和1012；类似地，图11中的确定步骤1009对应于图13中的确定步骤1015和1016，并且图11中的确定步骤1009对应于图13中的确定步骤1013和1014。

一旦已经检测到用户在相对方向F'-B'和L'-R'上的运动意图，就能够基于便携式装置100在表面上的方位和检测到的相对方向F'-B'和L'-R'，启发式地检测用户在绝对方向F-B和R-L方向上的运动意图。相对向前F'相对于绝对向前F的逆时针旋转表示正角α。

如下检测绝对方向上的运动意图：

如果-30°＜α＜30°，则：

-如果检测到F'，则表示用户正试图在绝对向前F方向上运动。

-如果检测到B'，则表示用户想要在绝对向后B方向上运动。

-如果检测到R'，则表示用户想要在绝对向右R方向上运动。

-如果检测到L'，则表示用户想要在绝对向左L方向上运动。

如果30°＜α＜60°，则：

-如果同时检测到F'和R'，则表示用户想要在绝对向前F方向上运动。

-如果同时检测到L'和B'，则表示用户想要在绝对向后B方向上运动。

-如果同时检测到B'和R'，则表示用户想要在绝对向右R方向上运动。

-如果同时检测到F'和L'，则表示用户想要在绝对向左L方向上运动。

如果60°＜α＜90°：

-如果检测到F'，则表示用户想要在绝对向左L方向上运动。

-如果检测到B'，则表示用户想要在绝对向右R方向上运动。

-如果检测到R'，则表示用户想要在绝对向前F方向上运动。

-如果检测到L'，则表示用户想要在绝对向后B方向上运动。

因此能够知道用户在绝对方向F-B和L-R上的运动意图，这在康复目的中是重要且实用的。请注意，上述算法是本发明的装置被用在右臂时，如图3所示。在该装置被用于右臂的情况下，则α角的符号应该是相反的。

如前面简要概述，本发明的便携式装置100有利地用于康复系统中，该康复系统基本上由三个主要元件组成：便携式装置100，其用于克服重力支撑用户的上肢，同时允许主动或被动的平面运动，处理单元(可以是便携式装置100的一部分或者可以被实现为单独的元件)，以及遥控和可视化单元(包括用户前方的屏幕)。此外，垫(具有纹理化聚合物表面或聚酯表面或类似物)可用于为便携式装置100的运动提供合适的表面。垫可包括一些专门设计的障碍或路径或可以在其中驱动移动装置的三维结构。

本发明的便携式装置100，其包括用于检测用户的运动意图的装置，并且适用于并特别有利于用于康复的游戏。

这些康复游戏通常具有用以确定便携式装置的下一个位置或便携式装置要遵循的轨迹的必要信息。但是在某些情况下，下一个位置或轨迹是未知的(即非确定性的)，因为患者可以在不同的选项中进行选择。在这些情况下，需要检测用户的运动意图以确定接下来的目标位置。

在这种情况下，图14示出了本发明如何操作，以及处理单元如何与游戏交互。

首先检查处理单元是否已检测到用户的运动意图(1020)，在这种情况下，处理单元计算限定用户的运动意图的方向的意图向量(1021)。根据训练游戏的目的以及便携式装置100在光学跟踪装置提供的表面上的位置和方位，利用已经计算的用户的绝对或者相对的向前或向后运动以及向左或向右运动的意图来计算该向量。

通常，游戏先前已被配置为具有可能需要用户的运动意图的不同控制点(对应于特定时间安排)。每当到达那些控制点中的一个时，根据游戏的当前状态和便携式装置100的当前位置和方位(即，可以从该位置选择的所有可能的拼图块)计算最可能的跟随目标位置的列表(1022)。

从最可能目标位置的该列表中，进一步选择(1023)其从当前位置的线性轨迹在从处理单元接收的意图向量上呈现出最大投影的位置。

根据在前一步骤(1023)中进行的选择，如果仍然具有几个选项，则选择根据治疗目的引起最佳运动的选项。例如，对于特定用户，重要的是促进伸出运动(抵抗屈肌协同作用)，因此如果在两个位置之间存在疑问，则选择在最佳对角线矢量上具有最大投影的轨迹(1024)。最佳对角线矢量由工作空间的中心(其为手臂的静止位置)限定，并且点在右臂成45°方向上处于最大运动范围，或者在左臂成-45°方向上处于最大运动范围。

利用所选择的轨迹，通过内部的致动器将辅助力或阻力施加到便携式装置100，使得用户到达目标位置(1025)。然后处理单元计算(1026)新位置并重复整个过程。

康复练习中其它可能的治疗目的是：

-针对单侧忽视康复的训练：在受影响的一侧取最远的物体(计算距离)。

-针对身体两侧的整合的训练：在每个运动中促进跨越中间线；也就是说，取中线的相对侧的最远的物体。

本发明提供了用于使患者积极参与康复训练的机构，这是使训练效果最大化的非常重要的因素。

便携式装置可以包括另外的测力元件，以便更精细地检测用户的运动意图。或者它还可以包括其他类型的传感器，例如附加的测力元件、附加的关节角度和/或更复杂的力传感器。还可以利用附加传感器和诸如神经网络或遗传算法的人工智能(AI)算法来提高可检测性和在除了绝对和相对方向之外的另外的方向上的运动。例如，除了来自测力元件和电位计的信号之外，基于针对每个患者的学习方案对臂上的EMG信号的测量和由于震颤引起的噪声的精确消除可以提高检测质量，同时在相对和绝对方向上估计更多的预期方向(例如向前-向右等)。

在本文中，术语“包括”及其派生词(例如“正包括”等)不应以排除的含义理解，也就是说，这些术语不应被解释为排除所描述和限定的内容还可能包括其他元件、步骤等的可能性。

本发明显然不限于本文所述的具体的一个或多个实施例，还包括在如权利要求中限定的本发明的一般范围内任何本领域的技术人员可能考虑的任何变化(例如，关于材料、尺寸、部件、配置等的选择)。

Claims (14)

1.一种用于康复用户(1)的上肢(2，3)的便携式装置(100)，所述便携式装置包括在表面上可运动的支撑件(10)，所述便携式装置包括使所述支撑件在所述表面上运动的机构，所述便携式装置(100)还包括：

-用于支撑所述用户的前臂(3)的第一支撑结构(20)；

-用于监测所述支撑件(10)的运动的监测机构；

所述便携式装置还包括：

-第二支撑结构(30)；

其中：

-所述第一支撑结构(20)通过具有一个旋转自由度的第一接头(23)联接到所述第二支撑结构(30)，所述第二支撑结构(30)通过具有三个旋转自由度的第二接头(33)联接到所述支撑件(10)；

并且其中：所述便携式装置(100)还包括：

-力感测机构(31，32)，其用于感测由所述用户的手臂施加在所述支撑件(10)上的力；

-角度传感器机构，其用于测量所述第一支撑结构(20)相对于所述第二支撑结构(30)的倾斜角度；和

-处理机构，其用于基于由所述力感测机构(31，32)测量的力和基于所述第一支撑结构(20)相对于所述第二支撑结构(30)的倾斜角度来检测所述用户的运动意图。

2.根据权利要求1所述的便携式装置(100)，其中所述第一接头(23)的一个旋转自由度是俯仰。

3.根据权利要求1或2所述的便携式装置(100)，其中所述第一支撑结构(20)包括用于至少紧固用户的所述前臂(3)的第一紧固机构(22)。

4.根据权利要求3所述的便携式装置(100)，其中所述第一支撑结构(20)还包括用于紧固所述用户的手腕或手的第二紧固机构(21)，所述第一紧固机构和所述第二紧固机构(21，22)位于所述第一支撑结构上的分离的点处，所述分离的点限定第一方向(F'-B')。

5.根据权利要求1所述的便携式装置(100)，其中所述力感测机构(31，32)位于所述第二支撑结构(30)和所述支撑件(10)之间。

6.根据权利要求4所述的便携式装置(100)，其中所述力感测机构(31，32)包括至少两个测力元件(31，32)。

7.根据权利要求6所述的便携式装置(100)，其中所述至少两个测力元件(31，32)平行于所述第一方向(F'，B')放置在所述第二支撑结构(30)上。

8.根据权利要求6所述的便携式装置(100)，其中所述至少两个测力元件(31，32)相对于与所述第一方向(F’-B’)平行且包含第一紧固机构和第二紧固机构(21，22)的平面对称地放置在所述支撑件上。

9.根据权利要求1或2所述的便携式装置(100)，其中所述角度传感器机构包括安装在所述第一接头(23)上的电位计。

10.根据权利要求1所述的便携式装置(100)，其中用于检测所述用户的运动意图的所述处理机构被配置，以分别基于所述角度传感器机构提供的所述第一支撑结构(20)相对于所述第二支撑结构(30)的倾斜角度的值和角度的符号来确定所述用户在第一方向(F'-B')上的运动意图以及在所述第一方向(F'-B')上的某种意义上或相反的意义上的运动意图。

11.根据权利要求10所述的便携式装置(100)，其中用于检测所述用户的运动意图的所述处理机构被配置，以当所述第一支撑结构(20)的所述角度高于预定值时，基于所述第一支撑结构(20)的所述角度和基于由所述力感测机构(31，32)测量的力，来确定所述用户在第一方向(F'-B')上的运动意图。

12.根据权利要求1所述的便携式装置(100)，其中用于检测所述用户的运动意图的所述处理机构被配置，以基于所述力感测机构(31，32)测量的力，来确定所述用户在第二方向(L'，R')上的运动意图。

13.根据权利要求10所述的便携式装置(100)，其中用于检测所述用户的运动意图的所述处理机构被配置，以基于所述力感测机构(31，32)测量的力，来确定所述用户在第二方向(L'，R')上的运动意图，并且其中所述处理机构被配置，以基于所述用户在所述第一方向(F'-B')上的运动意图和基于所述用户在所述第二方向(L'，R')上的运动意图和基于所述便携式装置(100)在由所述监测机构提供的所述表面上的位置和方位，来产生限定所述用户的运动意图的方向的意图向量。

14.根据权利要求11所述的便携式装置(100)，其中用于检测所述用户的运动意图的所述处理机构被配置，以基于所述力感测机构(31，32)测量的力，来确定所述用户在第二方向(L'，R')上的运动意图，并且其中所述处理机构被配置，以基于所述用户在所述第一方向(F'-B')上的运动意图和基于所述用户在所述第二方向(L'，R')上的运动意图和基于所述便携式装置(100)在由所述监测机构提供的所述表面上的位置和方位，来产生限定所述用户的运动意图的方向的意图向量。

Images