CN112912040A - 手部辅助矫正器 - Google Patents

Abstract

一种手部矫正器，其配置为提供具有多个自由度的扭矩辅助，包括小指、无名指、中指和食指的屈曲，以及提供用于拇指的屈曲和外展的扭矩辅助。该手部矫正器包括手部接口、控制模块和多个线缆，该控制模块至少包括第一驱动器和第二驱动器，该多个线缆至少包括第一线缆和第二线缆，第一线缆将第一驱动器可操作地耦接到手部接口的拇指部分，第二线缆将第二驱动器可操作地耦接到手部接口的拇指部分，其中，第一驱动器配置为向拇指部分提供增强的外展运动，并且第二驱动器配置为向拇指部分提供增强的屈曲运动。

Description

手部辅助矫正器

相关申请信息

本申请要求于2018年10月22日提交的62/748,583号美国临时申请的权益，该临时申请的内容通过参考完全并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及用于对患有运动能力丧失的患者进行手部辅助的系统和方法，并且更具体地涉及线缆操作式手部矫正器和使用方法，该手部矫正器和使用方法配置为增强手的移动并且用作对患有神经肌肉障碍、脊柱损伤和/或运动损害的患者的总体运动能力进行改善的辅助。

背景技术

具有神经肌肉异常(比如由于中风而患有神经肌肉障碍、脊柱损伤或肢体损害)的个体经常经受肌萎缩和/或运动功能损害，这可能导致其肢体和上身的功能部分或完全丧失。这种功能丧失会使得难以进行常规任务，从而不利地影响个人的生活质量。

仅在美国，就有140万人患有神经肌肉障碍。据估计，这些人中大约45,000人是儿童，他们受到一种或多种小儿神经肌肉障碍的影响。小儿神经肌肉障碍包括脊髓性肌萎缩(SMA)、脑瘫、先天性多发关节挛缩(AMC)、贝克肌营养不良症和杜氏肌营养不良(DMD)。成人神经肌肉疾病包括多发性硬化(MS)、肌萎缩性侧索硬化(ALS)和面肩肱肌营养不良(FSHD)。这些肌肉障碍中的许多是进行性的，使得脊髓和/或脑干运动神经元缓慢退化，导致全身无力、骨骼肌萎缩和/或张力减退。

在美国，大约285,000人患有脊髓损伤，并且每年增加17,000个新病例。大约54％的脊髓损伤是颈部损伤，导致上肢神经肌肉运动损害。脊髓损伤可能引起病态的慢性病症，比如缺乏自主移动、问题性痉挛和可能导致较低生活质量和缺乏独立性的其他身体损害。

在美国，据估计每年有超过650,000个新的中风幸存受害者。大约70-80％的中风受害者具有上肢损害和/或偏瘫。许多其他个体成为静止性脑梗死(SCI)或“静止性中风”的受害者，这也可能导致进行性肢体损害。肢体损害和偏瘫的并发症可能包括痉挛或者当个体试图移动其肢体时肌肉的不自主收缩。如果不处置，痉挛会导致肌肉在异常和疼痛的位置僵化。而且，中风后，出现发展的高张性的可能性增加，或者肌肉张力的紧张度增加。

患有神经肌肉异常的人经常表现出精细和大运动能力的下降。在人仅能够不对称地控制特定关节的情况下，人可能能够控制负责绕关节屈曲的肌肉群，但是他或她对负责伸展的肌肉群的控制可能被损害。类似地，相反的情况也可能是真实的，这是因为使用者可以在伸展方向上进行控制，但不能在屈曲方向上进行控制。在任一情况下，人可能无法执行其期望的任务。即使在人留有对关节的对称性控制的情况下，也可能使得人对关节的相对侧上的肌肉群的控制减少。结果，人可能无法实现正常情况下关节将允许的完整运动范围和/或无法控制关节来使相关联的手指或肢段施用执行期望任务所需大小的力。

在许多情况下，由于神经肌肉异常导致的运动功能的强度降低或损害可以通过积极处置和治疗而减缓、停止或甚至逆转。至少对于中风受害者，数据表明，在首次注意到运动功能损害之后越早开始治疗，并且患者进行的治疗量越大，患者越有可能恢复得更好。不幸的是，治疗通常使用昂贵的设备并且限于诊所内设置，从而显著约束了可以由患者执行的治疗的量。

在其他情况下，比如对于进行性神经肌肉障碍，处置的目标可以是减缓功能的下降，以便尽可能长时间地维持个体的生活质量。常见的处置方法包括物理治疗与药物结合以提供症状缓解。关于脊髓损伤，虽然还没有已知的处置能够逆转病症，但是重复性高强度锻炼和矫正器的使用已经被用于改善患者的力量和总体神经肌肉健康。

多年来，已经开发了多种上臂支撑装置，以对具有神经肌肉异常的个体强化上肢并且改善独立性，以完成日常生活活动(ADL)。在已公开的PCT申请WO2018111853和WO2018165413(转让给本公开的申请人)中公开了这种矫正器的示例，其内容通过参考并入本文。虽然这些矫正器已经被证明工作得非常好，但其主要是为了抵消使用者手臂上的重力，而不是解决手部功能。辅助手部功能和支持康复的矫正器进展不如用于上肢或下肢的矫正器，部分上是由于有效使用手部所需的运动和感测功能增加。相应地，对于需要动力式手部矫正器的患者几乎没有选择。

一种商用手部矫正器称为Bioserve SEM^TM手套，这是一种致动线缆驱动的手套，其使得增强的三指抓取器成为可能。不幸的是，对于这种类型的手套，增强的力与使用者施加的力成比例；相应地，使用者需要一些手部功能才能使用该手套。另一种商用矫正器是

动力式抓取器，其由电子致动器根据由手臂骨骼肌产生的肌电图(EMG)来提供动力，因此不能用作仅用于手部的装置。相应地，仍然需要一种商用的动力手，其配置为用作独立的手部辅助装置或者集成到复合移动的、上肢矫正器中。

本公开解决了这个担心。

发明内容

本公开的实施例提供了一种动力式手部矫正器，其配置为对小指、无名指、中指和食指的屈曲/伸展以及拇指的屈曲/伸展和外展/内收两者提供具有三个自由度的扭矩辅助。本公开的实施例还提供了一种使用者友好的控制系统、配置为在操作使用期间使矫正器的部分与高力负载隔离的变速箱隔离锁以及配置为辅助戴上和脱下手部矫正器的手指接口的两部分式翻盖壳设计。

本公开的一个实施例提供了一种包括手部接口、控制模块和多个线缆的手部矫正器。手部接口能够可操作地耦接到使用者的手部，并且可以包括由弹性材料形成的拇指接口。控制模块可以可操作地耦接到使用者的前臂，并且可以至少包括第一驱动器和第二驱动器。多个线缆可以将手部接口可操作地耦接到控制模块，并且可以至少包括第一线缆和第二线缆，第一线缆将第一驱动器可操作地耦接到拇指接口的一部分，第二线缆将第二驱动器可操作地耦接到拇指接口的一部分，其中，第一驱动器配置为向拇指接口提供增强的外展运动，并且第二驱动器配置为向拇指接口提供增强的屈曲运动。

在一个实施例中，拇指接口的弹性材料抵抗由相应的第一线缆和第二线缆提供的第一张力和第二张力而朝向中性位置自然地偏置拇指接口。在一个实施例中，拇指接口的弹性材料由热塑性弹性体构造。在一个实施例中，拇指接口还包括至少一个弹性加强构件，该加强构件配置为抵抗第一张力或第二张力中的至少一者而朝向中性位置偏置拇指接口。

在一个实施例中，拇指接口包括套筒部分和掌延伸部分，套筒部分配置为至少部分地装配在使用者的拇指上，掌延伸部分可操作地耦接到套筒部分并且配置为安置在使用者的掌骨附近。

在一个实施例中，套筒部分包括限定第一切口和第二切口的结构，第一切口位于使用者的远侧指间关节附近，第二切口位于使用者的近侧指间关节附近，从而促使套筒在第一切口和第二切口附近易于弯曲。

在一个实施例中，手部接口可以包括多个手指接口。在一个实施例中，手部接口能够定制来满足使用者的尺寸和辅助需要。在一个实施例中，拇指接口包括配置为在戴上和脱下手部接口期间选择性地彼此耦接的顶部和底部。

本公开的另一实施例提供了一种包括手部接口和控制模块的手部矫正器。控制模块可以包括经由多个线缆可操作地耦接到手部接口的多个电机和对应的变速箱。控制模块可以还包括变速箱隔离锁，该变速箱隔离锁配置为在转动位置与锁止位置之间选择性地转变，转动位置使得相应的多个电机和对应的变速箱能够转动，锁止位置配置为将多个电机和对应的变速箱至少部分地隔离于多个线缆在操作使用期间所经受的负载。

本公开的另一实施例提供了一种控制手部矫正器的方法，包括：接收手部接口预成形命令；根据预成形命令控制多个驱动器来将手部接口的各个手指接口驱动到预定位置；和激活头部穿戴定向传感器来接收一个或多个抓握命令。

以上概述并非旨在描述本公开的每一所说明的实施例或每一实施方式。下面的附图和详细描述更具体地例示了这些实施例。

附图说明

考虑以下结合附图对本公开的各种实施例的详细描述，可以更完全地理解本公开，在附图中：

图1是描绘根据本公开的实施例的动力式手部矫正系统的立体图。

图2A是描绘根据本公开的第一实施例的手部接口的一部分的俯视平面图。

图2B是描绘图2A的手部接口的一部分的仰视平面图。

图3是描绘根据本公开的实施例的手指接口的立体图。

图4A是描绘根据本公开的实施例的手部接口的俯视立体图。

图4B是描绘图4A的手部接口仰视立体图。

图5是描绘根据本公开的第二实施例的手部接口的一部分的立体图。

图6A是描绘根据本公开的第三实施例的手部接口的一部分的轮廓图。

图6B是描绘图6A的手部接口的一部分的俯视平面图。

图7是用于根据本公开的实施例的手指接口的翻盖壳式设计的局部立体图。

图8是描绘用作戴上和脱下手部接口的辅助的手部接口插接站的立体图。

图9A是描绘根据本公开的实施例的控制模块的系统架构图。

图9B是描绘图9A的控制模块的各个电机、变速箱和回转编码器的特写架构图。

图10是描绘根据本公开的实施例的控制模块的立体图。

图11A是描绘根据本公开的实施例的、处于自由转动位置的图10的控制模块的轮廓图。

图11B是描绘根据本公开的实施例的、处于锁止位置的图10的控制模块的轮廓图。

图12A-图12B是描绘人手与刚性杆之间的未来提升力、手腕屈曲扭矩和反作用力的图表。

图13A是描绘根据本公开的实施例的、配置为使手腕能够屈曲的手掌接口的轮廓图。

图13B是描绘图13A的手掌接口的俯视平面图。

图14是描绘根据本公开的实施例的控制手部矫正器的方法的流程图。

虽然本公开的实施例可以服从各种修改和替代形式，但是将详细描述其在附图中以示例的方式示出的细节。然而，应当理解，意图并非是将本公开限于所描述的特定实施例。相反，意图是覆盖落入由权利要求限定的主题的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。

具体实施方式

参考图1，描绘了根据本公开的实施例的动力式手部矫正系统100。在一些实施例中，手部矫正器100配置为向食指、中指、无名指和小指提供屈曲(或伸展)增强，并且向拇指提供屈曲(或伸展)和外展(或内收)增强两者。如所描绘的，手部矫正器100可以包括手部接口102和控制模块104。手部接口102可以配置为像手套一样穿戴在使用者的手部的部分上。可以包括一个或多个电机/致动器和相关电路以向手部接口102提供动力的控制模块104可以紧固到使用者的前臂。替代地，控制模块104可以耦接到使用者的躯干或其他肢体(例如，穿戴在背包中等)。一个或多个线缆106可以将手部接口102可操作地耦接到控制模块104。

应当了解，术语“使用者”或“患者”是指穿戴或使用本文描述的任何示例性实施例或其替代组合的任何个体，无论是人、动物或非生命体。另外，应当了解，术语“顶部”和“底部”，特别是参考手部接口，是指手部接口的配置为定位在使用者手部的顶部或后侧和使用者手部的底部或手掌侧的相应部分附近，而不论本文描述的矫正器100是否与重力参考系对准。

参考图2A-图2B，描绘了根据本公开的第一实施例的手部接口102的俯视图和仰视图。如所描绘的，手部接口102可以可选地包括食指接口108A、中指接口108B、无名指接口108C、小指接口108D、拇指接口110和手掌接口112。手部接口102的实施例本质上可以是模块化的，使得手部接口102完全能够定制来满足任何给定使用者的尺寸和辅助需要。例如，可以选择手指和手掌接口108A-108D、110和112中每一者的尺寸来适配特定使用者。此外，基于辅助需要和/或使用者的要求，可以可选地从最终的手部接口102构造中省略手指和手掌接口108A-108D、110和112中的每一者。

另外参考图3，每个手指接口108大体上可以包括具有可选的掌延伸部分116的套筒部分114。线缆106(可操作地耦接到控制模块104)可以横贯穿过一个或多个导管118A-118B至位于手指接口108的远侧端122附近的锚定件120。因此，在一些实施例中，线缆106可以沿着手指的底部或顶部布线，从而使得结合使用者手指的解剖结构，由控制模块104生成的线性力能够通过使用手指接口108而变换成转动扭矩。相应地，本公开的实施例可以在屈曲/伸展和/或外展辅助期间依靠使用者的手部内的自然关节，同时在线缆106移动期间保护患者的皮肤免受擦伤。可以通过例如经由孔或材料切口移除远侧指间关节122的相应顶部和底部上的材料、近侧指间关节124的相应顶部和底部上的材料以及可选地移除掌指关节126的底部上的材料来控制手指接口108的具体弯曲位置。

在一些实施例中，套筒部分114可以环绕在使用者的指尖周围，从而在屈曲/伸展和/或外展/内收期间抑制手指接口108相对于使用者的手指滑动。在其他实施例中，套筒114可以配置为暴露使用者的指尖(如图6A-图6B所示)，这可以有益于其指尖中存在感觉和/或压觉的使用者。在一些实施例中，手部接口102的部分可以由轻量的弹性材料构造，比如热塑性弹性体(TPE)，其可以通过熔融沉积成型(FTM)印刷来施加。在一些实施例中，材料可以具有约85A的肖氏硬度和约30.2MPa的拉伸强度。在一些实施例中，可以通过由一种或多种具有高摩擦系数的顺应性材料(比如氯丁橡胶/腈混合物)制造和/或涂覆手指接口108的接触表面来进一步改善抓握强度，该顺应性材料配置为增强在潮湿或油性情况下的抓握，同时对于对乳胶过敏的使用者也是安全的。

构造材料的自然弹性可以留有足够大小的机械能，以大体上将手指接口108偏置到中性或伸展位置(如图3所示)。可以通过从远侧指间122、近侧指间124和掌指126关节去除材料来调节手指接口108的偏置力。将手部接口102偏置到伸展位置或其他中性位置可以用于抵消通过线缆106传递的力的影响，从而使手指接口108返回到伸展位置，并且大体上阻止使用者可能存在的痉挛。在其他实施例中，偏置力可以配置为将手指接口108大体上偏置到收缩的抓握位置。

可以选择加强构件128A-128C的偏置力来满足使用者的需要。如果期望附加的偏置力，则可以将一个或多个弹性加强构件或弹簧128A-128C增加到手指接口108的表面。例如，如所描绘的，一个或多个加强构件128A可以接收在位于手指接口108的一侧或两侧上的隔室130A内。此外，一个或多个加强构件128B/128C可以接收在位于掌延伸部分116上的一对隔室130B/130C内。在一些实施例中，一个或多个加强构件128A-128C可以是镍钛诺棒的形式，其可以将记忆效应特性与高度弹性和高阻尼性能结合。在其他实施例中，手部接口102可以包括定位在远侧指间122、近侧指间124和掌指126切除区域内的一个或多个热塑性弹性体(TPE)弹簧。

在一些实施例中，手指接口108可以包括配置为容纳传感器134和/或磁体135的腔132。在一些实施例中，传感器134可以是力传感器，其配置为经由定位在手部矫正器100上的一个或多个振动电机、灯或LED向患者提供触觉或视觉反馈。例如，在一个示例中，可以向指尖、使用者的手背或使用者上具有触感的其他区域提供触觉反馈。在一些实施例中，传感器134可以是配置为感测日常使用物品中的对应RFID标签的RFID传感器，RFID传感器转而可以与控制模块104通信以自动调节手部接口102。在又一实施例中，传感器134可以是相机，其配置为提供对所施加的抓握强度的视觉检测/反馈(例如，经由被操纵的物体的变形)。在具有磁体135的实施例中，磁性附接件可包括在日常使用物品(例如，饮食用具、牙刷、梳子等)中，其可以经由磁体135磁性锁定就位来辅助日常生活活动。

继续参考图2A-图2B，拇指接口110可以包括与所描述的手指接口108的特征类似的特征，具有附加的锚定件121来安装用于外展控制的线缆。在一个实施例中，手部矫正器100可以包括五个主线缆106A-106E来将力传递到各种手指接口108A-108D、110。例如，在一个实施例中，线缆106可以由超高分子量聚氨酯(UHMW PE)鲍登线缆构造，其具有100磅的额定拉伸强度和约0.024英寸(0.06mm)的完全压缩直径。使用这种线缆106使得线性力(例如，经由致动器或电机)能够以紧凑的形式易于在复杂的几何形状周围传递。在一些实施例中，可以使用带或条来代替线缆，以使使用者上的压力点最小化。

手掌接口112可以例如经由多个通道136、138、140、142和144将线缆106A-106E从控制模块104布线到各种手指接口108A-108D、110，多个通道配置为最小化线缆106的暴露和使用者上的潜在压力点。在一些实施例中，通道136、138、140、142和144可以由具有如下材料构造，该材料具有低摩擦系数以最小化摩擦损失、具有相对高的硬度以防止磨损并且具有高度的柔性。例如，在一个实施例中，通道136、138、140、142和144可由聚四氟乙烯(PTFE)构造。在一个实施例中，相同类型的材料也可以衬在手指接口108A-108D、110的导管118和锚定件120、121上。

如图2B所描绘的，可以划分成106A1/2的第一线缆106A可以通过通道136A/B布线到相应的无名指和小指接口108C/D来进行屈曲控制。第二线缆106B可以通过通道138布线到拇指接口110来进行外展控制。第三线缆106C可以通过通道140布线到中指接口108B来进行屈曲控制。第四线缆106D可以通过通道142布线到食指接口108A来进行屈曲控制。第五线缆106E可以通过通道144布线到拇指接口来进行屈曲控制。也可以设想其他的线缆配置和布线。

参考图4A-图4B，在一些实施例中，单独的手指和拇指接口108A-108D、110和手掌接口112可以例如经由螺纹附接点、粘合剂等紧固到布手套146。布手套136可以由能够散热和出汗的轻质、舒适的材料构造，其易于清洁、易于戴上和脱下，并且与触摸屏装置兼容。在一些实施例中，布手套136可以由合成棉混合物(比如莱卡氨纶)构造。在另一实施例中，手套136可以由三维印刷聚合物构造。在一个实施例中，整个手部接口102可以具有小于350g的重量。

参考图5，在替代实施例中，手指接口108A-108D可以经由连接部分148彼此可操作地耦接。例如，在一个实施例中，连接部分148可操作地耦接到相应的掌延伸部分116A-116D；虽然也可以设想，在其他位置可操作地接触各种手指接口108A-108D。在一些实施例中，连接各种手指接口108A-108D大体上可以用于改善手部接口102的戴上和脱下，并且进一步阻止使用者存在的痉挛。

参考图6A-图6B，一些使用者可能在中风后发展出高张性，这通常导致手部自然地偏置到紧握位置。在这样的情况下，可能期望沿着手部接口102的顶部布线各种线缆106，使得施加到线缆106的力导致各种手指接口108A-108D、110伸展。相应地，向各种线缆106施加张力可以影响相应的手指接口108A-108D的伸展和拇指接口110的内收。由使用者的高张性引起的自然偏置可以对抗张力，使手部返回到紧握位置。

参考图7，在一些实施例中，手部接口102的各个手指接口108A-108D、110可以配置为具有顶部150A和底部150B的两件式翻盖壳，以便于戴上和脱下手部接口102。在一些实施例中，两件式翻盖壳配置特别是可以用于具有有限感觉和运动性并且其手部具有高度痉挛的使用者或者以其他方式将其手指穿过手部接口102可能是困难的使用者。如所描绘的，相应的顶部和底部150A/150B可以包括一个或多个导管118以及一个或多个嵌入式磁体152和/或对准销154，线缆106可以通过导管118来布线，一个或多个嵌入式磁体152和/或对准销154配置为辅助将顶部150A紧固到底部150B。

另外参考图8，在一些实施例中，可以设置插接站156作为对戴上和脱下手部接口102的辅助。在一个实施例中，插接站156可以具有单独的凹槽158、160A-160D，其配置为将每个手指接口110、108A-108D保持在打开位置。例如，在一个实施例中，每个手指接口110、108A-108D可以经由与嵌入式磁体152相互作用的电磁力保持在打开位置(如图7所示)。当使用者选择戴上手部接口102时，可以释放电磁力，并且每个手指接口110、108A-108D可以转换到闭合位置，从而环绕在使用者的手指、手腕和前臂周围。

参考图9A，描绘了根据本公开的实施例的控制模块104的示意图。在一个实施例中，控制模块104可以使用五个电机162A-162E来单独地控制五个线缆106A-106E，但是也可以设想使用更多或更少数量的电机和线缆。在一些实施例中，电机162A-162E可以选择为提供约6.5mNm的连续扭矩，其与减速变速箱164(如图9b所示)结合可以产生约180N的线性致动力。在一些实施例中，手部接口102的设计上限可以为约30N的捏合力和约65N的总握力，其中从打开位置到闭合位置的转换小于约两秒。相应地，在一些实施例中，所选择的电机162和减速齿轮164可以提供大于两倍的设计限制，其中各个电机162A-162E和相应的线缆106A-106E定向和定位为确保适当的功能和使用者的舒适。

控制模块104可以包括分布式动力系统来提供自动反馈，从而以抓握顺应性抓取各种形状和重量的物体。多个电机162A-162E的使用提供对各种手指接口110、108A-108D的独立控制，从而使得多种抓握选项成为可能。在一些实施例中，电机162可以配置为在其达到最大阻力时熄火，最大阻力可以取决于对电机162的电源供应。调节对电机162的电源供应可以建立最大阻力或抓握强度。例如，在一个实施例中，控制模块104可以配置为建立特定于有待完成的任务的抓握强度(例如，控制模块104可以调节电源供应来建立当握住一杯液体时的3.4N抓握强度和当握住钥匙和/或信用卡时的0.5N抓握强度。在一个实施例中，当一个电机熄火时，其他电机可以继续，直到其都达到用于顺应性抓握的相同阻力。

可操作地耦接到每个电机162的回转编码器166(如图9B所示)可以配置为将电机162的轴的角位置或运动变换成数字输出信号，从而在操作期间使得对各种手指接口108A-108D、110的位置感测成为可能。另外，在一些实施例中，可以监测电机162的电力供应(例如，电压和/或电流负载)以确定操作期间电机162的扭矩负载。

继续参考图9A，各种电机162A-162E可以由电机驱动器168A-168C驱动，电机驱动器168A-168C可以由控制单元170控制，控制单元170可以与通信模块172通信，通信模块172配置为提供与一个或多个移动计算装置174和一个或多个头部定向传感器176的无线通信。控制模块104的各种部件可以经由动力管理模块178和电池180来供电。在一些实施例中，电池180可以是符合IEC 62133的锂聚合物电池，其配置为提供每天至少四小时的连续使用。

图10描绘了根据本公开的实施例的控制模块104的立体图。在操作中，手部接口102可以在操作期间偶尔经受高负载(即，高力负载)，例如当使用者使用矫正器100从坐姿转换到站姿时。为了抑制对相应电机和/或变速箱162/164的损坏，在一些实施例中，控制模块104可以包括配置为将电机和/或变速箱162/164与相应线缆106经受的高负载隔离的隔离锁182。

在一个实施例中，变速箱隔离锁182可由线性致动器184、一个或多个锁定滑轨186和对应于相应电机和/或变速箱162/164的多个六角头滑轮188A-188C组成。线性致动器184可以用于接合锁定侧轨186。当使用者接合隔离锁182时，位置控制算法可以使滑轮188少量转动至最接近的锁定配置。线性致动器184可以将锁定滑轨188从操作位置(如图11A所示)平移到锁止位置(如图11B所示)。相应地，滑轨186可以配置为抑制相应的六角头滑轮188的转动，从而将电机162和变速箱164隔离于线缆106所经受的负载。

另外参考图12A-12B，已经认识到在高负载期间影响手腕屈曲可以是有益的，因为手腕屈曲可以具有在手部接口102内有利地重新分布力的效果。如图12A所描绘的，在手腕不屈曲的情况下，被抓取的物体倾向于用作迫使使用者的手指和拇指分开的楔形物。相反，如图2B所描绘的，在手腕屈曲的情况下，使用者的手指大体上卷曲在物体上(使得物体不再用作迫使使用者的手指和拇指分开的楔形物)。相应地，在一些情况下，使用手腕屈曲大体上可以减小高负载期间所需的握力的大小，例如当使用者使用矫正器100从坐姿转换到站姿时。在其他情况下，可能期望伸展手腕，例如当使用者使用矫正器100推离椅子或其他表面时，同时从坐姿转换到站姿。

参考图13A-13B，在一些实施例中，可以通过例如经由手腕或前臂接口113将控制模块104可操作地耦接到手掌接口112的多个手腕屈曲线缆190的连接来使得手腕屈曲/伸展、内收/外展和前旋/后旋成为可能。在一个实施例中，手部矫正器100可以包括四个手腕屈曲线缆190A-190D，从而能够进行屈曲、伸展、外展、内收、前旋和后旋。例如，在一个实施例中，对线缆190A/190B施加张力可以迫使手腕伸展。相反，对线缆190C/190D施加张力可以迫使手腕屈曲。同样，对线缆190A/190C施加张力可以迫使手腕外展。相反，对线缆190B/190D施加张力可以迫使手腕内收。对线缆190A-190D的类似操纵可以迫使手腕前旋和后旋。

参考图14，描绘了流程图，该流程图描绘了根据本公开的实施例的手部矫正器100的控制方法200。控制方法200可以基于大脑和中枢神经系统如何发展肌肉协调来完成特定的重复任务。也就是说，代替使用者控制各个手指，使用者可以选择手指和拇指移动被关联在一起的手部功能来完成特定任务。这些特定的任务可以针对日常生活活动来完成，比如抓取物体和与环境交互。

在S202，使用者可以命令手部矫正器来形成特定的手部姿态或期望的精确抓握。单独的手指控制准许预定义抓握的自动手指预成形利用不同手指组合。在一个实施例中，该命令可以是语音激活命令，在一个实施例中，该命令可以经由移动计算装置174(在图9A中示出)来接收。例如，如所描绘的，使用者可以说“能抓握点指”来选择拇指向上的手势，或者说“能拿起牙刷”来选择两个手指捏合。在这些示例中，术语“能抓握”称为表示紧随热词的特定命令的热词；设想还可以使用其他热词。作为S202处的语音命令的替代以及一个实施例，可以在各种预定义的手部姿态和精确抓握中循环使用(如由头部定向传感器176感测的)侧到侧头部移动。在又一实施例中，相机或其他传感器可以感测待操纵的物体(例如，一杯水、铅笔、钥匙等)并且自动形成特定手部姿态来适应对感测物体的抓握。

在S204，由控制单元170接收并且处理该命令，该控制单元170进而解释用于手指预成形的期望抓握(例如，手指接口位置)和力限制(例如，到电机的最大电力供应)。在S206，控制单元170可以驱动相应的电机162，直到各种手指接口108A-108D、110处于其期望的手部姿态或精确抓握位置(例如，基于来自回转编码器166的输出信号)。

在208处，使用者可以使用头部定向传感器170通过视觉反馈来精确地打开和闭合抓握。例如，在一个实施例中，控制单元170可以接收来自头部定向传感器176的指令，从而使得使用者能够向前倾斜其头部以在其希望抓握的物体周围收紧手部接口102的抓握，或者向后倾斜其头部以松开手部接口102的抓握。在一个实施例中，当在S202给出语音命令时，在S208，头部位置如所指出的那样成为倾斜感测的中点。此后，使用者头部的倾斜角度可以指示抓握的紧固或松开的速度，从而使使用者能够精确地控制抓握，也能快速地打开或闭合抓握。在一些实施例中，可以在中点周围建立死区以防止抓握的恒定打开和闭合。

应当理解，只要教导留有可操作性，在本教导的方法中使用的各个步骤可以以任何顺序和/或同时执行。此外，应当理解，只要教导留有可操作性，本教导的仪器和方法可以包括任何数量的或所有描述的实施例。

在一个或一多个示例中，可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实施所描述的技术。如果以软件实施，则这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，并由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括非暂时性计算机可读介质，其对应于比如数据存储介质的有形介质(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪存或可用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质)。指令可以由一个或多个处理器执行，比如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用目的微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效集成或离散逻辑电路。相应地，本文所使用的术语“处理器”可以指前述结构中的任意者或适于实施所描述的技术的任何其他物理结构。而且，技术可以完全实施于一个或多个电路或逻辑元件中。

本文描述了系统、装置及方法的各种实施例。这些实施例仅以示例的方式给出，并不旨在限制所要求保护的发明的范围。此外，应当了解，已描述的实施例的各种特征可以各种方式组合以产生许多附加实施例。此外，尽管描述了各种材料、尺寸、形状、配置和位置等以用于所公开的实施例，但是可以在不超出所要求保护的发明的范围的情况下使用所公开的那些之外的其他的材料、尺寸、形状、配置和位置等。

相关领域的普通技术人员将认识到，其主题可以包括比上述任何单独实施例中示出的特征更少的特征。这里描述的实施例并不意味着穷举地呈现可以对其主题的各种特征进行组合的方式。相应地，实施例不是特征的互斥组合；相反，如本领域普通技术人员所理解的，各种实施例可以包括从不同的单独实施例中选择的不同的单独特征的组合。此外，关于一个实施例描述的元件可以在其他实施例中实施，即使在这些实施例中没有描述时也是如此，除非另有指出。

尽管从属权利要求在权利要求中可以指与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他实施例也可以包括从属权利要求与每个其他从属权利要求的主题的组合或者一个或多个特征与其他从属或独立权利要求的组合。除非声明不意图进行特定的组合，否则本文提出了这样的组合。

通过参考上述文献而进行的任何并入被限制为使得不并入与本文中明确的公开相反的主题。通过参考上述文献而进行的任何并入被进一步限制为使得包含在文献中的权利要求不通过参考并入本文。通过参考上述文献而进行的任何并入还被进一步限制为使得除非明示地包含在本文中，否则这些文献中提供的任何定义不通过参考并入本文。

为了解释权利要求，明示的意图在于，除非在权利要求中叙述了特定术语“用于……的器件”或“用于……的步骤”，否则将不调用35U.S.C.§112(f)的规定。

Claims (20)

1.一种手部矫正器，包括：

手部接口，其能够可操作地耦接到使用者的手，所述手部接口包括由弹性材料形成的拇指接口；

控制模块，其能够可操作地耦接到使用者的前臂，所述控制模块至少包括第一驱动器和第二驱动器；和

多个线缆，其将所述手部接口可操作地耦接到所述控制模块，所述多个线缆至少包括第一线缆和第二线缆，所述第一线缆将所述第一驱动器可操作地耦接到所述拇指接口的一部分，所述第二线缆将所述第二驱动器可操作地耦接到所述拇指接口的一部分，其中，所述第一驱动器配置为向所述拇指接口提供增强的外展运动，并且所述第二驱动器配置为向所述拇指接口提供增强的屈曲运动。

2.根据权利要求1所述的手部矫正器，其中，所述拇指接口的所述弹性材料使所述拇指接口抵抗由相应的所述第一线缆和所述第二线缆提供的第一张力和第二张力而朝向中性位置自然地偏置。

3.根据权利要求1所述的手部矫正器，其中，所述拇指接口的弹性材料由热塑性弹性体构造。

4.根据权利要求2所述的手部矫正器，其中，所述拇指接口还包括至少一个弹性加强构件，所述弹性加强构件配置为使所述拇指接口抵抗所述第一张力或所述第二张力中的至少一者而朝向所述中性位置偏置。

5.根据权利要求1所述的手部矫正器，其中，所述拇指接口包括套筒部分和掌延伸部分，所述套筒部分配置为至少部分地装配在使用者的拇指上，所述掌延伸部分可操作地耦接到所述套筒部分并且配置为安置在使用者的掌骨附近。

6.根据权利要求5所述的手部矫正器，其中，所述套筒部分包括限定第一切口和第二切口的结构，所述第一切口位于使用者的远侧指间关节附近，所述第二切口位于所述使用者的近侧指间关节附近，从而促使所述套筒易于在所述第一切口和所述第二切口附近弯曲。

7.根据权利要求1所述的手部矫正器，其中，所述手部接口还包括多个手指接口。

8.根据权利要求1所述的手部矫正器，其中，所述手部接口能够定制来满足使用者的尺寸和辅助需要。

9.根据权利要求1所述的手部矫正器，其中，所述拇指接口包括配置为在戴上和脱下所述手部接口期间选择性地彼此耦接的顶部和底部。

10.一种手部矫正器，包括：

手部接口；和

控制模块，其包括多个电机和经由多个线缆可操作地耦接到所述手部接口的对应的变速箱，所述控制模块还包括变速箱隔离锁，所述变速箱隔离锁配置为在转动位置与锁止位置之间选择性地转变，所述转动位置使得相应的多个电机和对应的变速箱能够转动，所述锁止位置配置为将所述多个电机和对应的变速箱至少部分地隔离于所述多个线缆所经受的负载。

11.根据权利要求10所述的手部矫正器，其中，所述手部接口包括能够可操作地耦接到使用者的手指的多个手指接口。

12.根据权利要求11所述的手部矫正器，其中，所述多个手指接口中的每一个包括套筒部分和掌延伸部分，所述套筒部分配置为至少部分地装配在使用者的手指上，所述掌延伸部分可操作地耦接到所述套筒部分并且配置为安置在使用者的掌骨附近。

13.根据权利要求11所述的手部矫正器，所述多个手指接口中的每一个包括限定第一切口和第二切口的结构，所述第一切口位于使用者的远侧指间关节附近，所述第二切口位于所述使用者的近侧指间关节附近，从而促使所述手指接口在所述第一切口和所述第二切口附近易于弯曲。

14.根据权利要求11所述的手部矫正器，其中，所述多个手指接口中的每一个包括配置为在戴上和脱下所述手部接口期间选择性地彼此耦接的顶部和底部。

15.根据权利要求10所述的手部矫正器，其中，所述手部接口由弹性材料构造，所述弹性材料配置为使相应的多个手指接口抵抗由相应的所述多个线缆提供的张力而朝向中性位置自然地偏置。

16.根据权利要求15所述的手部矫正器，其中，所述手部接口的所述弹性材料由热塑性弹性体构造。

17.根据权利要求10所述的手部矫正器，其中，所述手部接口包括一个或多个弹性加强构件，所述弹性加强构件配置为使相应的手指接口抵抗由所述多个线缆中的一个提供的张力而朝向中性位置偏置。

18.一种控制手部矫正器的方法，包括：

接收手部接口预成形命令；

根据所述预成形命令控制多个驱动器来将手部接口的各个手指接口驱动到预定位置；和

激活头部穿戴定向传感器来接收一个或多个抓握命令。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述手部接口预成形命令接收为语音命令信号。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述头部穿戴定向传感器的向前倾斜接收为收紧所述手部接口的抓握的第一抓握命令，并且将所述头部穿戴传感器的向后倾斜接收为松开所述手部接口的抓握的第二抓握命令。

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