ES2357519T3

ES2357519T3 - REHABILITATION SYSTEM AND PROCEDURE.

Info

Publication number: ES2357519T3
Application number: ES08014972T
Authority: ES
Inventors: Giuliano Prof. Dr. Dolce; Lucio Dr. Colizzi
Original assignee: ISTITUTO S ANNA DI EZIO PUGLIESE Srl
Current assignee: ISTITUTO S ANNA DI EZIO PUGLIESE Srl
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2028-08-25
Also published as: ITKR20070004A1; DE602008003651D1; ATE489064T1; EP2067462B1; EP2067462A1

Abstract

A system for rehabilitation with a linkage (1) with integrated joints (3) that can be applied to the body of a human being such that the applied linkage (1) is able to follow selected movements of the body wherein an integrated joint (3) has a drive (4) for moving the joint (3) and a position detector (10, 13) for detecting the position of the drive (4) and/or the joint (3), and with a control (14) for triggering a drive (4) and/or for detecting a sequence of movements through evaluating the position of the drive (4) and/or of the joint (3).

Description

La invención se refiere a un sistema de rehabilitación con un sistema articulado que se puede aplicar al cuerpo de un ser humano de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. The invention relates to a rehabilitation system with an articulated system that can be applied to the body of a human being according to the preamble of claim 1.

La rehabilitación por medio de ejercicios terapéuticos se emplea, entre otras cosas, en los daños cerebrales que pueden ser de origen traumático, haberse producido por otra causa (hemorragias, infecciones o situaciones 5 similares) y que puede producir un estado comatoso o trastornos sensores - motrices que dan lugar a una discapacidad. Más preferiblemente en este último caso, se puede intentar curar la discapacidad o aliviar sus efectos por medio del adiestramiento del cerebro. Sin embargo, la presente invención no está limitada a esta área de aplicación preferida en particular, sino que siempre se puede emplear en una manera de asistencia con cualesquiera ejercicios terapéuticos. 10 Rehabilitation through therapeutic exercises is used, among other things, in brain damage that may be of traumatic origin, have been caused by another cause (hemorrhages, infections or similar situations) and that can lead to a comatose state or sensory disorders - motor that lead to a disability. More preferably in the latter case, one can try to cure the disability or alleviate its effects by training the brain. However, the present invention is not limited to this particular preferred area of application, but can always be employed in a manner of assistance with any therapeutic exercises. 10

Hoy en día, tales ejercicios terapéuticos suelen ser conducidos por un terapeuta adiestrado que establece la secuencia de movimientos para que el paciente los emule. Como alternativa, el mismo terapeuta mueve ciertas partes del cuerpo, por ejemplo, los brazos o las piernas del paciente, con el fin de ejecutar la secuencia deseada de movimientos con el paciente, siempre que el citado paciente no pueda hacerlo independientemente. Today, such therapeutic exercises are usually conducted by a trained therapist who establishes the sequence of movements for the patient to emulate. Alternatively, the same therapist moves certain parts of the body, for example, the arms or legs of the patient, in order to execute the desired sequence of movements with the patient, provided that said patient cannot do so independently.

Además, también son conocidos dispositivos de adiestramiento que pueden ser empleados para la 15 rehabilitación, los cuales permiten un número limitado de ciertas secuencias de movimientos que el paciente tiene ejecutar repetidamente venciendo una resistencia ajustable, si esto es aplicable. In addition, training devices that can be used for rehabilitation are also known, which allow a limited number of certain sequences of movements that the patient has to execute repeatedly overcoming an adjustable resistance, if this is applicable.

Estos sistemas tienen la desventaja de que normalmente sólo permiten una o unas pocas secuencias seleccionadas de movimientos y no proporcionan posibilidades de detección en lo que se refiere a la calidad con la cual se ejecutan los movimientos establecidos. 20 These systems have the disadvantage that they normally only allow one or a few selected sequences of movements and do not provide detection possibilities as regards the quality with which the established movements are executed. twenty

El documento norteamericano número 2004/0102723 A1 describe un procedimiento para controlar el movimiento utilizando un dispositivo que incluye un actuador, un sensor de posición de las articulaciones, un sensor de la tensión muscular y un sistema de control. El dispositivo proporciona asistencia a los músculos y las articulaciones y está diseñado para que funcione en varios modos para proporcionar ya sea asistencia o resistencia a un músculo con el fin de aumentar la movilidad, prevenir lesiones o aumentar la fuerza muscular. El sistema está 25 diseñado para funcionar autónomamente o estando acoplado a otros dispositivos similares para proporcionar asistencia o resistencia simultáneamente a múltiples músculos. El actuador es preferentemente un motor electrostático. Sin embargo, también son posibles motores de corriente continua, servomotores o motores de engranajes. En los modos de funcionamiento diferentes, se proporciona un detector de músculo para detectar la activación muscular con el fin de ejecutar un modo de asistencia del dispositivo. 30 US document number 2004/0102723 A1 describes a procedure for controlling movement using a device that includes an actuator, a joint position sensor, a muscle tension sensor and a control system. The device provides assistance to muscles and joints and is designed to work in several ways to provide either assistance or resistance to a muscle in order to increase mobility, prevent injuries or increase muscle strength. The system is designed to operate autonomously or being coupled to other similar devices to simultaneously provide assistance or resistance to multiple muscles. The actuator is preferably an electrostatic motor. However, DC motors, servo motors or gear motors are also possible. In different modes of operation, a muscle detector is provided to detect muscle activation in order to execute a device assist mode. 30

En el documento norteamericano número 2004/0106881 A1 se describe un dispositivo ortopédico accionado similar, que detecta señales relativamente bajas en la proximidad de la articulación, generadas por un paciente que sufre daños nerviosos. Como respuesta a las señales de nivel relativamente bajo, el dispositivo ortopédico accionado hace que la articulación del paciente se mueva en consecuencia. In US document number 2004/0106881 A1 a similar driven orthopedic device is described, which detects relatively low signals in the vicinity of the joint, generated by a patient suffering nerve damage. In response to relatively low level signals, the operated orthopedic device causes the patient's joint to move accordingly.

El documento WO 2005/074371 A2 desvela un dispositivo de rehabilitación que comprende un bastidor, un 35 actuador que incluye un mecanismo de movimiento que puede aplicar una fuerza que interactúa con un movimiento de la extremidad del paciente en al menos tres grados de libertad de movimiento del actuador y que puede prevenir el movimiento sustancial en cualquier punto y en cualquier dirección en un volumen de al menos 30 cm de diámetro. Aunque el dispositivo es normalmente un marco independiente, también se desvela un dispositivo de sistema articulado para los movimientos del codo. Además, se describe asistir el movimiento de la extremidad del paciente 40 por medio de un dispositivo de realidad virtual. WO 2005/074371 A2 discloses a rehabilitation device comprising a frame, an actuator that includes a movement mechanism that can apply a force that interacts with a movement of the patient's limb in at least three degrees of freedom of movement of the actuator and that can prevent substantial movement at any point and in any direction in a volume of at least 30 cm in diameter. Although the device is normally an independent frame, an articulated system device for elbow movements is also disclosed. In addition, it is described to assist the movement of the limb of the patient 40 by means of a virtual reality device.

Para proporcionar cantidades de resistencia controladas al movimiento en el equipo de ejercicios o dispositivos ortopédicos, un módulo de control de acuerdo con el documento norteamericano US. 5.954.621 A tiene elementos de resistencia cooperativos. La fuerza entre los elementos es modificada de acuerdo con la posición de los elementos relativamente entre sí. Por ejemplo, el módulo de control puede conectar dos férulas de una rodillera 45 para que la resistencia a la flexión y a la extensión se programe de acuerdo con la posición de la pierna y de una con respecto a la otra. To provide controlled amounts of resistance to movement in exercise equipment or orthopedic devices, a control module according to the US document. 5,954,621 A has cooperative resistance elements. The force between the elements is modified according to the position of the elements relative to each other. For example, the control module can connect two splints of a knee brace 45 so that the resistance to flexion and extension is programmed according to the position of the leg and one with respect to the other.

El documento EP 1 442 704 A1 desvela un dispositivo y procedimiento de determinación la condición de caminar. Con esta finalidad, un medio de medición mide un parámetro que indica la velocidad de desplazamiento o aceleración de una porción inferior de una pierna con respecto a la otra pierna. En un medio de almacenamiento, se 50 almacenan los patrones de las condiciones de caminar, de tal manera que las diferentes condiciones se asocian entre sí. Usando estos patrones almacenados, un medio de determinación determina las condiciones de caminar del caminante. EP 1 442 704 A1 discloses a device and procedure for determining the condition of walking. For this purpose, a measuring means measures a parameter that indicates the speed of travel or acceleration of a lower portion of one leg with respect to the other leg. In a storage medium, patterns of walking conditions are stored, so that the different conditions are associated with each other. Using these stored patterns, a means of determination determines the walking conditions of the walker.

En el documento EP 1 723 941 A1 se desvela un dispositivo de ayuda del comportamiento de un tipo que se usa de manera similar, que detecta un ángulo de la articulación y una señal mioeléctrica. En función de la 55 diferencia de estas dos señales, una señal de fenómeno físico y una bioseñal, se determina la reacción del dispositivo. EP 1 723 941 A1 discloses a behavior assist device of a type that is used in a similar manner, which detects an angle of the joint and a myoelectric signal. Depending on the difference between these two signals, a physical phenomenon signal and a biosignal signal, the reaction of the device is determined.

Por último, el documento norteamericano número 2004/0172097 A1 desvela un dispositivo terapéutico que comprende un elemento ortopédico mecánico que constituye una superficie de contacto con la extremidad del paciente y un elemento de estimulación neuromuscular, que incluye por lo menos una pareja de electrodos. El elemento ortopédico incluye articulaciones motorizadas, estando equipada cada una de las cuales con un sensor angular, un sensor de fuerza y un sensor de par de rotación para posibilitar un control de retroinformación. 5 Finally, the US document number 2004/0172097 A1 discloses a therapeutic device comprising a mechanical orthopedic element that constitutes a contact surface with the patient's limb and a neuromuscular stimulation element, which includes at least one pair of electrodes. The orthopedic element includes motorized joints, each of which is equipped with an angular sensor, a force sensor and a rotation torque sensor to enable feedback control. 5

El objeto de la presente invención, por lo tanto, es proponer un sistema de rehabilitación que haga posible el establecimiento de un gran número de secuencias diferentes de movimientos y que asiste y monitoriza la ejecución de las citadas secuencias de movimientos. The object of the present invention, therefore, is to propose a rehabilitation system that makes it possible to establish a large number of different sequences of movements and that assists and monitors the execution of said movement sequences.

De acuerdo con la invención, este objeto se alcanza con las características de la reivindicación 1 y con las reivindicaciones dependientes. 10 According to the invention, this object is achieved with the characteristics of claim 1 and with the dependent claims. 10

Con esta finalidad, un sistema articulado con articulaciones integradas se puede aplicar al cuerpo de un ser humano de acuerdo con la invención, de manera que el sistema articulado aplicado pueda reconstruir los movimientos seleccionados del cuerpo. Una articulación integrada tiene un accionamiento para mover la articulación y por lo menos un detector de posición para detectar la posición del accionamiento y / o de la articulación. Además, se proporciona en el sistema un control para activar los accionamientos y / o para detectar la secuencia de 15 movimientos mediante la evaluación de la posición de los accionamientos y / o de las articulaciones. Por ejemplo, el sistema de acuerdo con la invención puede ser un sistema articulado para aplicarlo a un brazo o una pierna, que puede reconstruir las secuencias típicas de los movimientos del brazo o de la pierna. En otras palabras, el sistema articulado asume la función de un esqueleto externo que hace posible reconstruir o iniciar la secuencia de movimientos del esqueleto humano. Debido al diseño como un sistema articulado con articulaciones integradas, el 20 sistema de acuerdo con la invención se construye de manera que sea ligero en comparación con la mayor parte de los dispositivos de ejercicio convencionales, de manera que una vez aplicado, por ejemplo, al brazo o la pierna de un paciente, no es tan pesado como para interferir con un movimiento natural y libre. Al proporcionar un detector de posición y un accionamiento preferentemente para cada articulación accionada o evaluada de manera coordinada por medio de un control común, el sistema de acuerdo con la invención se puede utilizar tanto para monitorizar la 25 ejecución de un movimiento establecido como para la asistencia a la ejecución de un movimiento establecido o una combinación de ambos, en el que se detecta y se asiste un movimiento correcto del paciente y en su caso un se contrarresta movimiento incorrecto. For this purpose, an articulated system with integrated joints can be applied to the body of a human being according to the invention, so that the applied articulated system can reconstruct the selected movements of the body. An integrated joint has a drive to move the joint and at least one position detector to detect the position of the drive and / or the joint. In addition, a control is provided in the system to activate the drives and / or to detect the sequence of movements by assessing the position of the drives and / or joints. For example, the system according to the invention may be an articulated system for application to an arm or a leg, which can reconstruct the typical sequences of arm or leg movements. In other words, the articulated system assumes the function of an external skeleton that makes it possible to reconstruct or initiate the sequence of movements of the human skeleton. Due to the design as an articulated system with integrated joints, the system according to the invention is constructed so that it is lightweight compared to most conventional exercise devices, so that once applied, for example, to the A patient's arm or leg is not heavy enough to interfere with a natural and free movement. By providing a position detector and a drive preferably for each joint operated or evaluated in a coordinated manner by means of a common control, the system according to the invention can be used both to monitor the execution of an established movement and for assistance to the execution of an established movement or a combination of both, in which a correct movement of the patient is detected and assisted and, where appropriate, an incorrect movement is counteracted.

Para implementar un sistema de este tipo, el accionamiento está diseñado como un accionamiento rotativo con un motor que hace girar un árbol de accionamiento, un sensor de motor o codificador para detectar la posición 30 del motor y un sensor de articulación o codificador para detectar la posición de la articulación. Básicamente, el motor también tiene un engranaje de manera que el motor puede ser diseñado como un motorreductor. Esto tiene la ventaja de que se puede proporcionar el mismo motor con la misma electrónica y control a todas las articulaciones en las que se emplea y se pueden conseguir diferentes velocidades de movimiento del movimiento de las articulaciones, por ejemplo, por medio de diferentes relaciones de engranajes. Esto simplifica la construcción del 35 sistema de forma considerable. To implement such a system, the drive is designed as a rotary drive with a motor that rotates a drive shaft, a motor sensor or encoder to detect the position 30 of the motor and an articulation sensor or encoder to detect the joint position. Basically, the motor also has a gear so that the motor can be designed as a geared motor. This has the advantage that the same engine with the same electronics and control can be provided to all the joints in which it is used and different movement speeds of the movement of the joints can be achieved, for example, by means of different ratios of gears This simplifies the construction of the system considerably.

Con el fin de poder establecer una secuencia de movimientos controlada por un lado y por otro lado detectar y asistir o contrarrestar tal movimiento, en caso de que sea aplicable, por medio de activar el accionamiento, el accionamiento de una o de cada articulación es un servo accionamiento, en el que el desfase angular en el accionamiento es posible entre un movimiento del motor y un movimiento de la articulación. Este servo 40 accionamiento tiene varias ventajas. De esta manera, hace posible la secuencia de movimientos del cuerpo con un sistema articulado aplicado en relación con la posición del motor conocida por un control. Esto es posible de forma rápida y con un esfuerzo electrónico pequeño, de forma que de idealmente el sistema también puede funcionar de tal manera que un movimiento corporal aplicado al sistema articulado desde el exterior es asistido durante la secuencia de movimientos por medio de un seguimiento adicional de los accionamientos. Además, el sistema 45 permite desviaciones en la secuencia de movimientos en el caso de un movimiento establecido por los accionamientos, lo cual permite sacar conclusiones acerca de si el paciente puede seguir la secuencia establecida de movimientos o si aquí se producen resistencias importantes. En este último caso, tales resistencias mayores se pueden detectar por medio de una desviación comparativamente grande entre la posición del motor y la posición de la articulación, de manera que la secuencia de movimientos puede ser detenida para evitar lesiones. 50 In order to be able to establish a sequence of movements controlled on the one hand and on the other hand detect and assist or counteract such movement, if applicable, by activating the drive, the drive of one or each joint is a servo drive, in which the angular offset in the drive is possible between a movement of the motor and a movement of the joint. This servo 40 drive has several advantages. In this way, it makes possible the sequence of movements of the body with an articulated system applied in relation to the position of the motor known by a control. This is possible quickly and with a small electronic effort, so that ideally the system can also work in such a way that a body movement applied to the articulated system from the outside is assisted during the sequence of movements by means of additional monitoring. of the drives. In addition, the system 45 allows deviations in the sequence of movements in the case of a movement established by the drives, which allows conclusions to be drawn as to whether the patient can follow the established sequence of movements or if significant resistances occur here. In the latter case, such higher resistances can be detected by means of a comparatively large deviation between the position of the motor and the position of the joint, so that the sequence of movements can be stopped to avoid injury. fifty

Un desarrollo particularmente ventajoso del servo accionamiento hace que el movimiento del accionamiento, más preferiblemente del árbol de accionamiento, y el movimiento de la articulación estén desacoplados por medio de un acoplamiento cuyo efecto de acoplamiento aumenta con el desfase angular creciente, por ejemplo, un acoplamiento elástico. Por medio de esto, esto se consigue de la manera más preferible que con un movimiento establecido la fuerza ejercida por un paciente tiene que aumentar cada vez más cuanto más se separa del 55 movimiento establecido. Como resultado, por ejemplo un incentivo para seguir la secuencia de movimientos establecida por un terapeuta, se crea automáticamente. A particularly advantageous development of the servo drive causes that the movement of the drive, more preferably of the drive shaft, and the movement of the joint are decoupled by means of a coupling whose coupling effect increases with the increasing angular offset, for example, a coupling elastic. By this, this is achieved in the most preferable way that with an established movement the force exerted by a patient has to increase more and more as it separates from the established movement. As a result, for example, an incentive to follow the sequence of movements established by a therapist is created automatically.

Con el fin de implementar una secuencia establecida de movimientos y / o para registrar un movimiento establecido por un cuerpo al cual se aplica el sistema articulado de acuerdo con la invención, el control está equipado para establecer un movimiento de las articulaciones del sistema articulado por medio de la activación de 60 un accionamiento o de varios accionamientos para determinar el movimiento de las articulaciones del sistema In order to implement an established sequence of movements and / or to register a movement established by a body to which the articulated system according to the invention is applied, the control is equipped to establish a movement of the articulated system joints by means of of the activation of one drive or several drives to determine the movement of the system joints

articulado (por ejemplo, mediante la detección de un desfase angular entre el sensor de posición de la articulación y el sensor de posición del motor) en la desviación de una activación del accionamiento y registrar el citado desfase angular dependiendo del modo de funcionamiento. Además, es posible un seguimiento del accionamiento. Por medio de esto, se puede conseguir preferiblemente que el accionamiento siga el movimiento de una articulación establecido desde el exterior con el fin de asistir al movimiento establecido desde el exterior y, por ejemplo, 5 compensar el peso muerto del sistema articulado que sirve como esqueleto externo o contrarrestar el movimiento real de la articulación, siempre que otro objetivo de movimiento (establecido) se deba alcanzar. articulated (for example, by detecting an angular offset between the joint position sensor and the motor position sensor) in the deviation of an activation of the drive and recording the said angular offset depending on the operating mode. In addition, monitoring of the drive is possible. By this, it can preferably be achieved that the drive follows the movement of an articulation established from the outside in order to assist the movement established from the outside and, for example, compensate for the dead weight of the articulated system that serves as a skeleton external or counteract the actual movement of the joint, provided that another (established) movement objective must be achieved.

Una realización del sistema que es preferida más preferentemente en el tratamiento de daños neurológicos proporciona un dispositivo para crear una realidad virtual con una presentación visual y una unidad de ordenador con la que, teniendo en cuenta las coordenadas de un objetivo del movimiento para el sistema articulado y la 10 posición actual de las articulaciones y / o accionamientos del sistema articulado, se presenta una escena que asiste al objetivo del movimiento. En un sistema articulado para un brazo, esto puede ser, por ejemplo, un objeto que se debe agarrar que está dispuesto en la posición del objetivo del movimiento. Esto sirve para adiestrar a un movimiento coordinado entre la estimulación del cerebro y las ejecuciones del aparato locomotor, que se parece mucho a una situación real. Mostrando destinos concretos, por lo tanto se asiste a la ejecución de la secuencia de 15 movimientos deseada, de una manera mentalmente activa. An embodiment of the system that is more preferably preferred in the treatment of neurological damage provides a device for creating a virtual reality with a visual presentation and a computer unit with which, taking into account the coordinates of a movement target for the articulated system and the current position of the joints and / or drives of the articulated system, a scene is presented that assists the purpose of the movement. In an articulated system for an arm, this can be, for example, an object to be grasped that is arranged in the position of the movement target. This serves to train a coordinated movement between the stimulation of the brain and the executions of the musculoskeletal system, which closely resembles a real situation. Showing specific destinations, therefore it assists in the execution of the desired sequence of 15 movements, in a mentally active way.

De acuerdo con una realización simple, el dispositivo para crear una realidad virtual puede tener una presentación visual en tres dimensiones, cada una con una presentación visual separada para cada ojo, que por ejemplo, está integrada en un casco que tiene la presentación visual respectiva delante de cada ojo. Teniendo en cuenta la situación de la perspectiva de cada ojo en la presentación visual separada, se puede utilizar para crear 20 activamente la impresión de una escena tridimensional. According to a simple embodiment, the device for creating a virtual reality can have a three-dimensional visual presentation, each with a separate visual presentation for each eye, which, for example, is integrated into a helmet that has the respective visual presentation in front. of each eye Taking into account the situation of the perspective of each eye in the separate visual presentation, it can be used to actively create the impression of a three-dimensional scene.

Con el fin de hacer posible una planificación particularmente realista de la escena tridimensional del ejemplo, el dispositivo para crear una realidad virtual puede tener en cuenta los movimientos de la cabeza y / o de los ojos con respecto al sistema articulado, preferiblemente si el dispositivo tiene un casco equipado con sensores adecuados. 25 In order to make possible a particularly realistic planning of the three-dimensional scene of the example, the device for creating a virtual reality can take into account the movements of the head and / or eyes with respect to the articulated system, preferably if the device has a helmet equipped with suitable sensors. 25

Para hacer uso del sistema prescrito para la rehabilitación, el control tiene un modo de funcionamiento síncrono, un modo de funcionamiento asíncrono y / o un modo de funcionamiento virtual para ejecutar una secuencia establecida de los movimientos del sistema articulado. Los modos de funcionamiento que se describen con más detalle en lo que sigue también se pueden combinar entre sí de acuerdo con la invención. To make use of the prescribed system for rehabilitation, the control has a synchronous operating mode, an asynchronous operating mode and / or a virtual operating mode for executing an established sequence of the movements of the articulated system. The operating modes described in more detail in the following can also be combined with one another in accordance with the invention.

Con el modo de funcionamiento síncrono, se pueden utilizar dos sistemas articulados de acuerdo con la 30 invención, en los cuales un sistema articulado es un sistema articulado maestro y un sistema articulado es un sistema articulado esclavo, en el que el sistema articulado maestro establece una secuencia de movimientos y el sistema articulado esclavo ejecuta la secuencia establecida de movimientos, es decir, reconstruye tal secuencia de movimientos. Los sistemas articulados pueden ser sistemas articulados idénticos o sistemas articulados que se corresponden a otro, por ejemplo, para un brazo izquierdo o derecho. De esta manera, un terapeuta puede 35 establecer, por ejemplo, con el brazo sano o con el brazo sano del mismo paciente, la secuencia de movimientos para el brazo con discapacidad. With the synchronous mode of operation, two articulated systems according to the invention can be used, in which an articulated system is a master articulated system and an articulated system is a slave articulated system, in which the master articulated system establishes a sequence of movements and the articulated slave system executes the established sequence of movements, that is, reconstructs such sequence of movements. Articulated systems can be identical articulated systems or articulated systems that correspond to another, for example, for a left or right arm. In this way, a therapist can establish, for example, with the healthy arm or with the healthy arm of the same patient, the sequence of movements for the disabled arm.

Aquí, el control se puede monitorizar y mostrar en el sistema articulado maestro la secuencia de movimientos en el sistema articulado esclavo y más preferiblemente las desviaciones parametrizadas de los movimientos establecidos. La presentación visual se puede realizar, por ejemplo, por medio de bloqueo, aceleración 40 y / o retardo de la secuencia de movimientos. Puesto que de acuerdo con la invención, se detecta la forma en la que se produce la desviación del movimiento establecido, se puede mostrar por medio de señales adecuadas en el sistema articulado maestro, cuando se producen las desviaciones. Esto permite al terapeuta reconocer las causas de la desviación y tomar las medidas terapéuticas adecuadas. Here, the control can be monitored and displayed in the master articulated system the sequence of movements in the slave articulated system and more preferably the parameterized deviations of the established movements. The visual presentation can be performed, for example, by means of blocking, acceleration 40 and / or delay of the sequence of movements. Since according to the invention, the way in which the deviation from the established movement is produced is detected, it can be shown by means of suitable signals in the master articulated system, when the deviations occur. This allows the therapist to recognize the causes of the deviation and take appropriate therapeutic measures.

Con un modo de funcionamiento asíncrono, una secuencia de movimientos se puede registrar en una 45 primera etapa con el sistema articulado de acuerdo con la invención y la secuencia registrada de los movimientos ejecutados en una segunda etapa, en el que la secuencia registrada de los movimientos se pueden almacenar con esta finalidad en el control y se puede transmitir al sistema articulado para su ejecución. With an asynchronous mode of operation, a sequence of movements can be recorded in a first stage with the articulated system according to the invention and the recorded sequence of movements executed in a second stage, in which the recorded sequence of movements they can be stored for this purpose in the control and can be transmitted to the articulated system for execution.

Con el modo de funcionamiento virtual, que preferiblemente se puede combinar con el modo de funcionamiento asíncrono, la secuencia de los movimientos a ejecutar puede ser asistida por medio de la 50 presentación de una realidad virtual en una presentación visual en la que se crea una escena que proporciona un incentivo a la persona ejecutante, que se inicia en la posición actual del sistema articulado, para alcanzar el destino del movimiento del sistema articulado. El destino del movimiento en este caso puede ser preferiblemente una posición final o de destino o una posición intermedia definida de una secuencia de movimientos pre-definibles. With the virtual mode of operation, which can preferably be combined with the asynchronous mode of operation, the sequence of the movements to be executed can be assisted through the presentation of a virtual reality in a visual presentation in which a scene is created which provides an incentive to the performer, which starts at the current position of the articulated system, to reach the destination of the movement of the articulated system. The destination of the movement in this case may preferably be a final or destination position or a defined intermediate position of a sequence of pre-definable movements.

La estimulación puede ser asistida adicionalmente puesto que la escena presentada virtualmente se ajusta 55 continuamente a la secuencia real de los movimientos del sistema articulado. Stimulation can be further assisted since the presented scene virtually adjusts continuously to the actual sequence of the movements of the articulated system.

Con el fin de poder configurar diferentes intensidades terapéuticas, se dispone de manera particularmente preferente de acuerdo con la invención que el grado de asistencia de la secuencia de movimientos se pueda parametrizar por medio del accionamiento. Con este fin, por ejemplo, los momentos de accionamiento que deben ser In order to be able to configure different therapeutic intensities, it is particularly preferred according to the invention that the degree of assistance of the sequence of movements can be parameterized by means of the drive. For this purpose, for example, the driving moments that must be

ejecutados por los accionamientos del sistema articulado se puede establecer. El valor establecido puede estar en una graduación relativa entre un momento de accionamiento máximo que se selecciona de manera que se impidan las lesiones en el cuerpo guiado y un momento de accionamiento mínimo que sólo compensa el peso muerto del sistema articulado, por lo que no significa ninguna asistencia en la secuencia de movimientos. executed by the articulated system drives can be set. The set value may be in a relative graduation between a maximum drive moment that is selected so as to prevent injuries to the guided body and a minimum drive moment that only compensates for the dead weight of the articulated system, so it does not mean No assistance in the sequence of movements.

Con el sistema de acuerdo con la invención, la desviación de la secuencia establecida es detectada 5 preferentemente por el control. Esto se puede conseguir puesto que se determina una línea recta de conexión entre el destino del movimiento (posición final o posición intermedia) y el punto extremo del sistema articulado, que es alcanzar el destino del movimiento, y, a partir del punto extremo del sistema articulado, se define un cono con un ángulo de apertura ajustable alrededor de esta línea de conexión recta. El ángulo de apertura puede ser seleccionado o establecido de tal manera que cuando queda algo del punto extremo del sistema articulado dentro 10 del cono, es posible alcanzar el destino de movimiento incluso si el punto extremo del sistema articulado se desvía de la línea recta de conexión sin que se tengan que producir gradientes de cambio de dirección, es decir, no hay que efectuar cambios de dirección importantes en el curso de la secuencia de movimientos para alcanzar todavía el destino. Entonces se monitoriza si el punto extremo del sistema articulado se separa de este cono y en este caso, el control puede contrarrestar el movimiento para asistir la secuencia correcta de movimientos. Esta comprobación se 15 repite continuamente con el movimiento del sistema articulado, de manera que, en cada caso, se está monitorizando la posición actual del sistema articulado en relación con el destino final o intermedio. With the system according to the invention, the deviation from the established sequence is preferably detected by the control. This can be achieved since a straight line of connection is determined between the destination of the movement (end position or intermediate position) and the end point of the articulated system, which is to reach the destination of the movement, and, from the end point of the system articulated, a cone with an adjustable opening angle is defined around this straight connection line. The opening angle can be selected or set in such a way that when some of the end point of the articulated system remains within the cone, it is possible to reach the movement destination even if the end point of the articulated system deviates from the straight line without having to produce direction change gradients, that is, there is no need to make significant changes of direction in the course of the sequence of movements to still reach the destination. It is then monitored if the end point of the articulated system is separated from this cone and in this case, the control can counteract the movement to assist the correct sequence of movements. This check is repeated continuously with the movement of the articulated system, so that, in each case, the current position of the articulated system in relation to the final or intermediate destination is being monitored.

Para asistir activamente la adhesión a una secuencia establecida de movimientos, el control, cuando determina una desviación en la secuencia de movimientos, puede activar los accionamientos de tal manera que se asiste a la secuencia correcta de los movimientos. Si esto ya no se puede conseguir el control puede memorizar la 20 última posición final correcta o la posición de partida del cono prescrito, libera completamente el movimiento y, si es aplicable, empieza a asistir el movimiento libre por medio del seguimiento activo de los accionamientos para evitar lesiones. De esta manera es posible reiniciar la terapia exactamente en el punto abortado una vez que el sistema articulado, con un comando de control realizado por el control, haya sido devuelto a esta posición. To actively assist in adhering to an established sequence of movements, the control, when determining a deviation in the sequence of movements, can activate the drives in such a way that it assists the correct sequence of movements. If this can no longer be achieved, the control can memorize the last 20 correct final position or the starting position of the prescribed cone, completely releases the movement and, if applicable, begins to assist the free movement by actively monitoring the drives To avoid injuries. In this way it is possible to restart the therapy exactly at the aborted point once the articulated system, with a control command performed by the control, has been returned to this position.

El sistema de acuerdo con la invención se describe con más detalle por medio del ejemplo de un sistema 25 articulado que se puede aplicar a un brazo derecho y a uno izquierdo, del que se obtienen otras características, ventajas y posibilidades de aplicación de la presente invención. Aquí, todas las características descritas y / o representadas constituyen el objeto de la presente invención, incluso con independencia de su combinación en las reivindicaciones o de sus referencias. The system according to the invention is described in more detail by means of the example of an articulated system 25 that can be applied to a right arm and a left arm, from which other characteristics, advantages and possibilities of application of the present invention are obtained. Here, all the features described and / or represented constitute the object of the present invention, even irrespective of their combination in the claims or their references.

Se muestra en: 30 Shown in: 30

la figura 1: un sistema de acuerdo con la invención para la rehabilitación del brazo derecho e izquierdo de un paciente; Figure 1: a system according to the invention for the rehabilitation of the right and left arm of a patient;

la figura 2 : un sistema articulado diseñado como un esqueleto del brazo externo, de acuerdo con la figura 1 en vista de detalle; Figure 2: an articulated system designed as a skeleton of the outer arm, according to Figure 1 in detail view;

la figura 3 : un accionamiento del sistema articulado de acuerdo con la invención, de acuerdo con 35 la figura 2; Figure 3: an actuation of the articulated system according to the invention, in accordance with Figure 2;

la figura 4 : un diagrama esquemático de los componentes del sistema de rehabilitación de acuerdo con la invención; Figure 4: a schematic diagram of the components of the rehabilitation system according to the invention;

la figura 5 : un diagrama de flujo de señales para la realización de un procedimiento para la rehabilitación utilizando el sistema de acuerdo con la invención en un modo de funcionamiento 40 asíncrono; Figure 5: a signal flow diagram for performing a procedure for rehabilitation using the system according to the invention in an asynchronous mode of operation;

la figura 6 : un diagrama de flujo de señales para la realización de un procedimiento de rehabilitación utilizando el sistema de acuerdo con la invención de un modo de funcionamiento síncrono y Figure 6: a signal flow diagram for performing a rehabilitation procedure using the system according to the invention in a synchronous mode of operation and

la figura 7 : un diagrama de flujo de señales para la realización de un procedimiento de 45 rehabilitación utilizando el sistema de acuerdo con la invención de un modo de funcionamiento virtual. Figure 7: a signal flow diagram for performing a rehabilitation procedure using the system according to the invention in a virtual mode of operation.

La figura 1 muestra un sistema articulado 1 que pertenece a un sistema de rehabilitación, que se ha diseñado como esqueleto externo de un brazo derecho o izquierdo 2 de un cuerpo. En la figura 1, el sistema articulado 1 se muestra en un estado aplicado al brazo 2 de un ser humano. El sistema articulado 1 tiene 50 articulaciones 3 integradas en las que un accionamiento 4 para mover la articulación 3 se asigna a cada articulación 3 integrada. El sistema articulado 1 con las articulaciones 3 y el accionamiento respectivo asignado 4 se describe con más detalle en lo que sigue, haciendo referencia a las figuras 2 y 3. Se hace notar que el sistema articulado 1 que está diseñado como un esqueleto externo del brazo, constituye únicamente una realización de la invención a la cual, sin embargo, la invención, no está restringida. En principio, sistemas articulados correspondientes 1 se pueden 55 concebir en el mismo modo de funcionamiento así como una realización ajustada convenientemente también para su aplicación en otras partes del cuerpo, preferiblemente los brazos, el tronco, la cabeza, o similar. Figure 1 shows an articulated system 1 that belongs to a rehabilitation system, which has been designed as an external skeleton of a right or left arm 2 of a body. In Figure 1, the articulated system 1 is shown in a state applied to the arm 2 of a human being. The articulated system 1 has 50 integrated joints 3 in which a drive 4 for moving the joint 3 is assigned to each integrated joint 3. The articulated system 1 with the joints 3 and the respective assigned drive 4 is described in more detail in the following, referring to figures 2 and 3. It is noted that the articulated system 1 which is designed as an external skeleton of the arm , constitutes only one embodiment of the invention to which, however, the invention is not restricted. In principle, corresponding articulated systems 1 can be conceived in the same mode of operation as well as an embodiment conveniently adjusted also for application in other parts of the body, preferably the arms, the trunk, the head, or the like.

El sistema articulado 1 que se presenta en una vista tridimensional de un dibujo de diseño en la figura 2 tiene un total de seis articulaciones 3a a 3f y de esta manera hace posible seis grados de libertad de movimiento. Las diferentes articulaciones 3 están conectadas unas con las otras de forma apropiada y conectada por medio de piezas 5 del sistema articulado 1, de manera que hacen posible la aplicación del sistema articulado d 1 al brazo 2 de un ser humano. Además, cada articulación 3 está provista de un accionamiento 4, que se describe con más detalle 5 más adelante, haciendo referencia a la figura 3. The articulated system 1 presented in a three-dimensional view of a design drawing in Figure 2 has a total of six joints 3a to 3f and thus makes six degrees of freedom of movement possible. The different joints 3 are connected to each other in an appropriate manner and connected by means of parts 5 of the articulated system 1, so as to make possible the application of the articulated system d 1 to the arm 2 of a human being. In addition, each joint 3 is provided with a drive 4, which is described in more detail 5 below, referring to Figure 3.

La articulación 3a está diseñada como una articulación de bisagra con el fin de representar la flexión del brazo en el hombro. Con la articulación 3b, diseñada de manera similar como una articulación de bisagra, la rotación del brazo alrededor de su árbol longitudinal de la parte superior del brazo puede ser simulada. La articulación 3c, diseñada para funcionar como una articulación de bisagra adicional, realiza un movimiento para levantar el brazo 10 hacia el frente o hacia atrás, en el que la articulación diseñada como una articulación deslizante lineal 3d vuelve a representar el desplazamiento longitudinal hasta el codo. La articulación de bisagra 3e es la responsable de reconstruir un movimiento de flexión del codo, en el que la articulación deslizante lineal 3f a su vez vuelve a representar el desplazamiento longitudinal del sistema articulado 1 hasta la muñeca. The joint 3a is designed as a hinge joint in order to represent the flexion of the arm on the shoulder. With joint 3b, similarly designed as a hinge joint, the rotation of the arm around its longitudinal tree from the upper arm can be simulated. The joint 3c, designed to function as an additional hinge joint, performs a movement to lift the arm 10 forward or backward, in which the joint designed as a linear sliding joint 3d again represents the longitudinal displacement to the elbow . The hinge joint 3e is responsible for reconstructing a flexion movement of the elbow, in which the linear sliding joint 3f in turn represents the longitudinal displacement of the articulated system 1 to the wrist.

Para fijar el sistema articulado 1 al brazo del paciente, se dispone un collarín 6 que encierra la muñeca en 15 la región de la muñeca y, en la región del codo, se dispone un collarín semicircular 6, que si es aplicable, se puede fijar al codo con una banda que no se muestra. To fix the articulated system 1 to the patient's arm, a collar 6 is provided that encloses the wrist in the wrist region and, in the region of the elbow, a semicircular collar 6 is arranged, which if applicable, can be fixed at the elbow with a band that is not shown.

A cada articulación 3a a 3f se le asigna un accionamiento independiente 4 y que, como es evidente en la figura 3, tiene un motor eléctrico 7, que se conecta con un engranaje 8 y por medio del engranaje 8 acciona un árbol de accionamiento 9 para ejecutar el movimiento deseado (rotación o traslación). Para detectar la posición del 20 accionamiento 4, se proporciona un detector de posición 10 del motor. Each joint 3a to 3f is assigned an independent drive 4 and which, as is evident in Figure 3, has an electric motor 7, which is connected with a gear 8 and by means of the gear 8 drives a drive shaft 9 for execute the desired movement (rotation or translation). To detect the position of the drive 4, a motor position detector 10 is provided.

En base al diseño del accionamiento 4 como moto reductor, el movimiento de la articulación 3 conectada al accionamiento 4 sólo es posible si el motor 7 es activado y si el árbol de accionamiento 9 se conecta directamente a la articulación 3. Sin embargo, puesto que se desea que el sistema articulado 1 se pueda mover también por medio de un movimiento del brazo sin que el movimiento sea iniciado por el accionamiento 4, se proporciona un 25 acoplamiento 11 diseñado como acoplamiento de actuador, para conectar el árbol de accionamiento 9 con la articulación 3, la cual , en el accionamiento 4, posibilita un desfase angular entre un movimiento del motor y un movimiento de la articulación. Aquí se dispone que el efecto de acoplamiento del acoplamiento 11 se incremente con el aumento de desfase angular entre la posición del árbol de accionamiento 9 y la posición de la articulación 3, con el fin de que se proporcione un resorte 12 cargado de acuerdo con el desfase angular en el acoplamiento 11. Para 30 detectar el desfase angular entre el accionamiento 4 o su árbol de accionamiento 9 y la articulación 3, se proporciona un detector de posición 13 de la articulación en el accionamiento 4 en la articulación 3, que determina la posición de la articulación. Con la diferencia de posición de la articulación φV y del motor φM es posible determinar entonces el desfase angular Δφ, que indica un auto-movimiento de la articulación 3 y por lo tanto del sistema articulado 1 con respecto al accionamiento 4. 35 Based on the design of the drive 4 as a gear motor, the movement of the joint 3 connected to the drive 4 is only possible if the motor 7 is activated and if the drive shaft 9 is connected directly to the joint 3. However, since it is desired that the articulated system 1 can also be moved by means of a movement of the arm without the movement being initiated by the drive 4, a coupling 11 designed as an actuator coupling is provided, to connect the drive shaft 9 with the joint 3, which, in drive 4, enables an angular offset between a motor movement and a movement of the joint. Here it is provided that the coupling effect of the coupling 11 is increased with the increase of angular offset between the position of the drive shaft 9 and the position of the joint 3, in order to provide a spring 12 loaded in accordance with the angular offset in the coupling 11. To detect the angular offset between the drive 4 or its drive shaft 9 and the joint 3, a position detector 13 of the joint is provided in the drive 4 in the joint 3, which determines the joint position. With the difference in position of the articulation φV and the motor φM, it is then possible to determine the angular offset Δφ, which indicates a self-movement of the articulation 3 and therefore of the articulated system 1 with respect to the drive 4. 35

Las posiciones del accionamiento 4 y de la articulación 3 determinadas por medio de los detectores de posición 10, 13 son monitorizadas en un control 14, por ejemplo, como un desfase angular Δφ, que coordina todas las funciones del sistema 15 para la rehabilitación. Cuando el desfase angular Δφ detectado en el control 14 supera el valor de umbral establecido más preferiblemente configurable, el accionamiento 4 asignado a este desfase angular Δφ puede ser activado con el fin realizar el seguimiento del árbol de accionamiento 9, de manera que el 40 desfase angular entre el accionamiento 4 y la articulación 3 desaparece y ninguna fuerza adicional contra el sistema articulado 1 tiene que ser ejercida por la persona a cuyo brazo se aplica el sistema articulado 1 con el fin de mantener el brazo en posición. The positions of the drive 4 and of the joint 3 determined by means of the position detectors 10, 13 are monitored in a control 14, for example, as an angular offset Δφ, which coordinates all the functions of the system 15 for rehabilitation. When the angular offset Δφ detected in the control 14 exceeds the threshold value set more preferably configurable, the drive 4 assigned to this angular offset Δφ can be activated in order to track the drive shaft 9, so that the offset 40 angle between the drive 4 and the joint 3 disappears and no additional force against the articulated system 1 has to be exerted by the person to whose arm the articulated system 1 is applied in order to keep the arm in position.

Esta y otras funciones adicionales son ejecutadas por el control central 14 del sistema 15 de rehabilitación que se muestra en la figura 3 que, con este fin, está conectado a una unidad de activación 16 que en cada caso está 45 conectada con el sistema articulado 1 y los accionamientos 4 situados en el mismo. La misma unidad de activación 16 se construye preferiblemente de forma modular a partir de varios ordenadores en paralelo, para que la potencia de cálculo adecuado se encuentre disponible para hacer posible una activación en tiempo real de todos los accionamientos 4 en el sistema articulado 1 y leer los datos de posición de lectura del detector de posición 10 del motor y del detector de posición 13 de la articulación. Aquí, la unidad de activación 16 preferentemente ya ha 50 calculado posibles desfases angulares Δφ, pasando los mismos al control central. Obviamente también es posible configurar el control 14 para calcular un desfase angular Δφ. El sistema 15, además, tiene una unidad 7 conectada al control 14 para crear una realidad virtual que se describirá con más detalle más adelante. Además, el control 14 está conectado a una unidad de base de datos 18 conocida por sí misma, en la cual se pueden almacenar tanto los datos relevantes para activar el sistema articulado 1, así como los datos de la terapia relacionados con el paciente y otros 55 similares, que pueden ser convenientemente introducidos, procesados y recuperados por medio de un programa administrativo integrado en el control 14. También es posible detectar el proceso de la terapia en varias sesiones y la secuencia de los movimientos de una sesión de terapia por medio de los detectores de posición 10, 13, para evaluarlos en el control 14 y archivarlos como historial en la base de datos o unidad de almacenamiento 18, de manera que un terapeuta tenga acceso a los antiguos datos de la terapia para comparar el progreso de la terapia o 60 similar. Las secuencias establecidas de movimientos, que han de ser ejecutadas por el sistema articulado 1, también se pueden presentar en forma de archivos de control adecuados. Para el funcionamiento, el control 14 tiene una This and other additional functions are executed by the central control 14 of the rehabilitation system 15 shown in Figure 3 which, for this purpose, is connected to an activation unit 16 which in each case is connected to the articulated system 1 and the drives 4 located therein. The same activation unit 16 is preferably constructed modularly from several parallel computers, so that the appropriate computing power is available to enable real-time activation of all drives 4 in the articulated system 1 and read the read position data of the engine position detector 10 and the position detector 13 of the joint. Here, the activation unit 16 has preferably already calculated 50 possible angular offsets Δφ, passing them to the central control. Obviously it is also possible to configure the control 14 to calculate an angular offset Δφ. The system 15 also has a unit 7 connected to the control 14 to create a virtual reality that will be described in more detail below. In addition, control 14 is connected to a database unit 18 known per se, in which both the relevant data for activating the articulated system 1, as well as the therapy data related to the patient and others can be stored 55 similar, which can be conveniently introduced, processed and retrieved by means of an administrative program integrated in the control 14. It is also possible to detect the therapy process in several sessions and the sequence of the movements of a therapy session by means of position detectors 10, 13, to evaluate them in control 14 and archive them as history in the database or storage unit 18, so that a therapist has access to the old therapy data to compare the progress of therapy or 60 similar. The established sequences of movements, which must be executed by the articulated system 1, can also be presented in the form of suitable control files. For operation, control 14 has a

unidad de operación 19. De esta manera, el sistema 15 constituye un sistema integral de rehabilitación que, además de la ejecución activa de los ejercicios terapéuticos por medio de un sistema articulado 1, también hace posible la administración, el archivo y la evaluación de las terapias para uno o varios pacientes. Operation unit 19. In this way, system 15 constitutes an integral rehabilitation system that, in addition to the active execution of therapeutic exercises through an articulated system 1, also makes possible the administration, archiving and evaluation of therapies for one or several patients.

Sin embargo, la descripción que sigue se concentra en el funcionamiento del sistema articulado 1 en los diferentes modos de funcionamiento que se explican con más detalle por medio de las figuras 5 a 7. Sin embargo, el 5 sistema general 15 con todas sus funciones que se ha presentado con anterioridad es el objeto de la presente invención. However, the following description focuses on the operation of the articulated system 1 in the different modes of operation that are explained in more detail by means of figures 5 to 7. However, the general system 15 with all its functions that presented above is the object of the present invention.

Un procedimiento para la rehabilitación con el sistema 15 que se ha descrito con anterioridad en un modo de funcionamiento asíncrono se describe en relación con el diagrama de flujo que se muestra en la figura 5. A procedure for rehabilitation with the system 15 described above in an asynchronous mode of operation is described in relation to the flowchart shown in Figure 5.

Un ejercicio predefinido se ejecuta en el modo de operación asíncrona por medio del sistema articulado 1 10 aplicado al brazo 2 de un paciente, en el que los accionamientos 4 del sistema articulado 1 mueven las articulaciones 3, de acuerdo con una programación de movimientos establecidos para ejecutar un movimiento del brazo 2 del paciente. Para establecer la secuencia de movimientos, el sistema articulado 1 inicialmente se dispone en un modo de registro con el fin de registrar una secuencia de movimientos en una primera etapa con el sistema articulado 1. Con este fin, el sistema articulado 1 se puede aplicar al paciente que realiza una secuencia de 15 movimientos, de acuerdo con lo establecido por el terapeuta. Como alternativa, el terapeuta puede conectar el sistema articulado 1 y registrar la secuencia deseada de movimientos. Esta secuencia registrada de los movimientos es procesada por el control 14 y almacenada por ejemplo, como un archivo en la unidad de base de datos 18, desde la cual el archivo se puede cargar de nuevo en el control 14 en cualquier momento con el fin de ejecutar la secuencia de movimientos como parte de la terapia. 20 A predefined exercise is executed in the asynchronous mode of operation by means of the articulated system 1 10 applied to the arm 2 of a patient, in which the drives 4 of the articulated system 1 move the joints 3, in accordance with a schedule of movements established for execute a movement of arm 2 of the patient. To establish the sequence of movements, the articulated system 1 is initially arranged in a registration mode in order to record a sequence of movements in a first stage with the articulated system 1. For this purpose, the articulated system 1 can be applied to the patient who performs a sequence of 15 movements, as established by the therapist. Alternatively, the therapist can connect articulated system 1 and record the desired sequence of movements. This recorded sequence of movements is processed by control 14 and stored, for example, as a file in database unit 18, from which the file can be reloaded into control 14 at any time in order to execute the sequence of movements as part of the therapy. twenty

En el inicio del registro el sistema articulado 1 se encuentra en una posición de reposición en la cual se dispone en modo de registro pulsando un botón de registro (no mostrado). Con el fin de establecer la posición de inicio de la secuencia de movimientos, el interruptor se presiona y se mantiene en la posición de reposición del sistema articulado 1 hasta el sistema articulado 1 es guiado hasta la posición de inicio deseada de la secuencia de movimientos. Durante este movimiento, cada accionamiento 4 pasa por las posiciones de la articulación φV y las 25 posiciones del motor φM registradas en la unidad de activación 16, que procesa las citadas posiciones, y determina la posición actual del sistema articulado como una función del tiempo. Puesto que el movimiento no es iniciado por los accionamientos 4, se produce un desfase angular Δφ entre las posiciones de la articulación φV y la posición del motor φM que utiliza la unidad de activación 16, como parte del control 14, para enviar un comando de movimiento B (Δφ) que depende del desfase angular Δφ al dispositivo de activación 20, que envía entonces un comando de control 30 S a los accionamientos respectivos 4 para accionar los motores eléctricos 7. Esto significa que al sistema articulado 1, por medio del control 14 o la unidad de activación 16, se le hace seguir el movimiento establecido por el brazo 2 para lograr un desfase angular de Δφ = 0. At the beginning of the registration the articulated system 1 is in a reset position in which it is arranged in registration mode by pressing a registration button (not shown). In order to establish the starting position of the sequence of movements, the switch is pressed and held in the reset position of the articulated system 1 until the articulated system 1 is guided to the desired starting position of the sequence of movements. During this movement, each drive 4 passes through the positions of the articulation φV and the 25 positions of the motor φM registered in the activation unit 16, which processes said positions, and determines the current position of the articulated system as a function of time. Since the movement is not initiated by the drives 4, an angular offset Δφ occurs between the positions of the joint φV and the position of the motor φM used by the activation unit 16, as part of the control 14, to send a command movement B (Δφ) that depends on the angular offset Δφ to the activation device 20, which then sends a control command 30 S to the respective drives 4 to drive the electric motors 7. This means that to the articulated system 1, by means of the control 14 or the activation unit 16, the movement established by the arm 2 is followed to achieve an angular offset of Δφ = 0.

Una vez que la posición de inicio se ha alcanzado, el interruptor, que no se muestra, se libera y comienza el registro de la secuencia de movimientos, en el que se hace que el sistema articulado 1 siga el movimiento del brazo 35 2 de la manera que se ha descrito con anterioridad. Tan pronto como se alcanza la posición final de la secuencia de movimientos, el interruptor se activa una vez más para indicar el final de la secuencia de movimientos. Con posterioridad a esto, la unidad de activación 16 devuelve el sistema articulado 1 a la posición de reposición en la cual el sistema articulado 1 se puede retirar del brazo 2. La función de registro del sistema articulado 1 se desactiva entonces y la secuencia establecida de los movimientos se almacena. 40 Once the starting position has been reached, the switch, which is not shown, is released and the recording of the sequence of movements begins, in which the articulated system 1 is made to follow the movement of the arm 35 2 of the way that has been described previously. As soon as the final position of the movement sequence is reached, the switch is activated once more to indicate the end of the movement sequence. Subsequently, the activation unit 16 returns the articulated system 1 to the reset position in which the articulated system 1 can be removed from the arm 2. The registration function of the articulated system 1 is then deactivated and the established sequence of The movements are stored. 40

Cuando el ejercicio se debe realizar con la secuencia registrada de movimientos, un archivo de datos correspondiente se carga desde la base de datos 18 en la unidad de control 14. La secuencia establecida de movimientos ψ se transmite a la unidad de activación respectiva 16, que a continuación emite un comando de movimiento al dispositivo de activación 20 en función de la secuencia de movimientos ψ almacenada como B(ψ), que posteriormente genera el comando de control S para el motor 7 del accionamiento. 45 When the exercise must be performed with the recorded sequence of movements, a corresponding data file is loaded from the database 18 in the control unit 14. The established sequence of movements ψ is transmitted to the respective activation unit 16, which It then issues a motion command to the activation device 20 based on the sequence of movements ψ stored as B (ψ), which subsequently generates the control command S for the motor 7 of the drive. Four. Five

Durante la ejecución del ejercicio, es posible cambiar la velocidad de ejecución por medio del control 14. Los movimientos se ejecutan siempre con exactamente la velocidad con la que se registraron. Sin embargo, esta secuencia de movimientos puede ser acelerada o retardada opcionalmente especificando un porcentaje de desviación. During the execution of the exercise, it is possible to change the execution speed by means of the control 14. The movements are always executed with exactly the speed with which they were registered. However, this sequence of movements can be accelerated or optionally delayed by specifying a percentage of deviation.

Además, se puede establecer el grado de dificultad del ejercicio en el control 14. Esto se realiza mediante 50 la selección del grado de asistencia del movimiento por medio del accionamiento 4 del motor Este valor se puede especificar en porcentaje, por ejemplo, en etapas en relación con el par de rotación máximo con el que el sistema articulado 1 está asistido en cada articulación 3, si el paciente no contribuye en absoluto a la secuencia deseada de movimientos con el fin de guiar el brazo del paciente. Como límite inferior de ajuste, se puede seleccionar un par de rotación mínimo que no proporcione ningún tipo de asistencia al movimiento activo, pero que sea suficiente para 55 soportar el peso muerto del sistema articulado para no hacer más difícil el movimiento del paciente por el peso muerto del sistema articulado. Entre estos dos valores de un par de rotación mínimo y uno máximo, la asistencia se puede seleccionar libremente o en escalones establecidos. In addition, the degree of difficulty of the exercise in the control 14 can be established. This is done by selecting the degree of movement assistance by means of the motor drive 4 This value can be specified in percentage, for example, in stages in relationship with the maximum torque with which the articulated system 1 is assisted in each joint 3, if the patient does not contribute at all to the desired sequence of movements in order to guide the patient's arm. As a lower limit of adjustment, a minimum rotation torque can be selected that does not provide any assistance to active movement, but is sufficient to support the dead weight of the articulated system so as not to make the movement of the patient more difficult by weight Dead of the articulated system. Between these two values of a minimum and a maximum rotation torque, the assistance can be selected freely or in established steps.

Incluso durante la ejecución del ejercicio, las posiciones de la articulación φV y las posiciones del motor φM son detectadas por los detectores de posición 10, 13 en los accionamientos 4 y se transmiten a la unidad de 60 Even during the execution of the exercise, the posicionesV joint positions and the φM motor positions are detected by the position detectors 10, 13 in the drives 4 and transmitted to the unit 60

activación 16, que determina el desfase angular Δφ de cada accionamiento individual. Estos desfases angulares Δφ se transmiten al control 14 de cada accionamiento 4, que de esta manera puede comprobar la calidad de la ejecución de la secuencia de movimientos del paciente que monitoriza y evalúa los desfases angulares Δφ de los distintos accionamientos 4. Debido a los servo accionamientos 4 y el procesamiento de señales en paralelo en varias unidades de activación 16, esto es casi posible realizarlo en tiempo real. 5 activation 16, which determines the angular offset Δφ of each individual drive. These angular offsets Δφ are transmitted to the control 14 of each drive 4, which in this way can check the quality of the execution of the sequence of movements of the patient that monitors and evaluates the angular offsets Δφ of the different drives 4. Due to the servo drives 4 and parallel signal processing in several activation units 16, this is almost possible in real time. 5

El control 14 detecta movimientos, por ejemplo movimientos espásticos o una secuencia acelerada de movimientos que se desvían de la secuencia establecida de movimientos, por ejemplo, al superar ciertos umbrales, que también pueden ser definidos y parametrizados individualmente. Una vez que estos umbrales son excedidos, el control a continuación establece que la unidad de activación 16 debe seguir los movimientos del paciente mediante el ajuste del desfase angular Δφ con el comando de movimiento B(ψ) para evitar lesiones. Al mismo tiempo la última 10 posición regular del sistema articulado 1 en el alcance del comando de movimiento y el movimiento de desviación se registra hasta que se produce la interrupción de los movimientos no coordinados o incorrectos. El control 14 a continuación, establece la operación inversa de movimiento del sistema articulado que preferiblemente se ejecuta con la máxima asistencia. Tan pronto como se alcance el punto de inicio del movimiento no coordinado, el modo que se ejecuta la secuencia establecida de los movimientos en el alcance de un ejercicio se conecta de nuevo. 15 The control 14 detects movements, for example spastic movements or an accelerated sequence of movements that deviate from the established sequence of movements, for example, by exceeding certain thresholds, which can also be defined and parameterized individually. Once these thresholds are exceeded, the control below establishes that the activation unit 16 must follow the patient's movements by adjusting the angular offset Δφ with the movement command B (ψ) to avoid injury. At the same time, the last 10 regular position of the articulated system 1 within the range of the movement command and the deflection movement is recorded until the interruption of the uncoordinated or incorrect movements occurs. The control 14 below establishes the reverse operation of movement of the articulated system that is preferably executed with maximum assistance. As soon as the starting point of the uncoordinated movement is reached, the mode that executes the established sequence of movements within the scope of an exercise is reconnected. fifteen

En el modo de funcionamiento síncrono que se ilustra en la Figura 6, se proporciona un segundo sistema articulado un lugar de un registro previo de la secuencia de movimientos que en lo que sigue se denominará sistema articulado maestro. Se proporciona el sistema articulado maestro ya sea idéntico o de imagen especular del sistema articulado 1, que debe ejecutar la terapia y que a continuación se denominará sistema articulado esclavo. El sistema articulado maestro, por ejemplo, está situado en un brazo sano del paciente o del terapeuta, mientras que el sistema 20 articulado esclavo se encuentra en el brazo del paciente que debe ser tratado. In the synchronous mode of operation illustrated in Figure 6, a second articulated system is provided a place of a previous record of the sequence of movements which in the following will be referred to as the master articulated system. The articulated master system is provided either identical or mirror image of the articulated system 1, which must perform the therapy and will then be called the slave articulated system. The master articulated system, for example, is located in a healthy arm of the patient or therapist, while the slave articulated system 20 is in the arm of the patient to be treated.

Una vez que los sistemas articulados maestro y esclavo se han aplicado, ambos se encontrarán en su posición de reposición. Al pulsar un interruptor que no se muestra en el sistema articulado maestro, la sincronización de movimientos de los dos sistemas articulados 1 se inicia. Después de la liberación de este interruptor y cuando se reposiciona el citado interruptor, el citado proceso síncrono de actuación se detiene y ambos sistemas articulados se 25 trasladan de nuevo a su posición de reposición. Un interruptor que puede ser proporcionado en el sistema articulado esclavo se desactiva en el modo de funcionamiento síncrono. Once the master and slave articulated systems have been applied, both will be in their replacement position. By pressing a switch that is not shown in the master articulated system, the synchronization of movements of the two articulated systems 1 starts. After the release of this switch and when said switch is repositioned, said synchronous actuation process stops and both articulated systems are moved back to their reset position. A switch that can be provided in the slave articulated system is deactivated in synchronous operation mode.

Por medio del detector de posición 10 del motor y del detector de posición 13 de la articulación, las posiciones de la articulación φV y las posiciones del motor φM de todos los accionamientos 4 del sistema articulado maestro 1 involucrados se detectan en la forma ya descrita y se transmiten a las unidades de activación 16 que 30 determinan los desfases angulares Δφ de los mismos. Los desfases angulares Δφ de cada accionamiento 4 se transmiten al control 14, que genera una secuencia de movimientos ψ de los mismos. Puesto que preferentemente se proporciona una unidad de activación separada 16 para cada accionamiento, los datos de los diversos accionamientos 4 se transmiten al control 14 casi al mismo tiempo, lo cual, por lo tanto, puede crear la secuencia de movimientos ψ en tiempo real, transmitiéndola a las unidades de activación 16 del sistema articulado esclavo 1. 35 Estas crean un comando de movimiento B(ψ) en función de la secuencia establecida de movimientos ψ que se transmite a la unidad de activación asignada respectivamente 20, en la que se convierte en un comando de control S a los accionamientos 4 del sistema articulado esclavo 1, de manera que los movimientos se pueden volver a representar casi en tiempo real. By means of the position detector 10 of the motor and the position detector 13 of the joint, the positions of the joint φV and the positions of the motor φM of all the drives 4 of the master articulated system 1 involved are detected in the manner already described and they are transmitted to the activation units 16 which determine the angular offset Δφ thereof. The angular lags Δφ of each drive 4 are transmitted to the control 14, which generates a sequence of movements ψ thereof. Since a separate activation unit 16 is preferably provided for each drive, the data of the various drives 4 is transmitted to the control 14 at almost the same time, which, therefore, can create the sequence of movements ψ in real time, transmitting it to the activation units 16 of the slave articulated system 1. 35 These create a motion command B (ψ) based on the set sequence of movements ψ that is transmitted to the assigned activation unit respectively 20, which becomes in a control command S to the drives 4 of the slave articulated system 1, so that the movements can be re-represented almost in real time.

De acuerdo con lo descrito previamente en relación con el modo de funcionamiento asíncrono, el grado de 40 asistencia también se puede ajustar en este caso. As previously described in relation to the asynchronous mode of operation, the degree of assistance can also be adjusted in this case.

Durante la ejecución del movimiento por medio del sistema articulado esclavo 1, la posición φV de la articulación y la posición φM del motor son detectadas por los detectores de posición 10, 13 en cada accionamiento 4 del sistema articulado esclavo y se transmite a la unidad de activación respectiva 16 del sistema articulado esclavo 1, que determina un desfase angular Δφ a partir de las mismas. Esto demuestra lo bien que el paciente sigue el citado 45 movimiento. Esto es monitorizado por el control 14 de la manera descrita, que en el caso de desviaciones mayores, puede emitir un comando de movimiento B a la unidad de activación 16 del sistema articulado maestro 1 que, de la manera conocida, lo transmite al sistema articulado maestro 1 por medio de un dispositivo de activación 20, de manera que, por ejemplo, el terapeuta nota cuando el paciente no sigue de manera óptima los movimientos preestablecidos por el citado terapeuta. En este caso, la desviación de movimiento exacta del paciente se vuelve a 50 reconstruir ventajosamente. During the execution of the movement by means of the slave articulated system 1, the position φV of the joint and the position φM of the motor are detected by the position detectors 10, 13 in each drive 4 of the slave articulated system and transmitted to the unit of respective activation 16 of the slave articulated system 1, which determines an angular offset Δφ from them. This demonstrates how well the patient follows the aforementioned movement. This is monitored by the control 14 in the manner described, which in the case of major deviations, can issue a motion command B to the activation unit 16 of the master articulated system 1 which, in the known manner, transmits it to the articulated system teacher 1 by means of an activation device 20, so that, for example, the therapist notices when the patient does not optimally follow the movements preset by said therapist. In this case, the exact movement deviation of the patient is advantageously reconstructed again.

Haciendo referencia a la figura 7, se describe en lo que sigue una realización particularmente preferida de la invención, en la que se ejecuta el procedimiento de rehabilitación en un modo de funcionamiento virtual. Con este fin, el control 14, que de otra manera coopera con el sistema articulado 1 de forma similar a las realizaciones que se han descrito con anterioridad, está conectado, adicionalmente a una unidad 17 para crear una realidad virtual que se 55 ejecuta en un programa para crear imágenes en función de una secuencia de movimientos ψ establecida por el control 14. Referring to Figure 7, a particularly preferred embodiment of the invention is described below, in which the rehabilitation procedure is executed in a virtual mode of operation. To this end, the control 14, which otherwise cooperates with the articulated system 1 in a manner similar to the embodiments described above, is additionally connected to a unit 17 to create a virtual reality that is executed in a program to create images based on a sequence of movements ψ established by control 14.

Aquí, la unidad 17 para crear una realidad virtual preferiblemente crea dos comandos de imagen V, que se transmiten a los monitores dispuestos delante de los ojos del paciente que están dispuestos en un casco 21 para la reproducción de la realidad virtual. El casco 21 está equipado con sensores 22, que hacen posible la detección de la 60 Here, the unit 17 to create a virtual reality preferably creates two image commands V, which are transmitted to the monitors arranged in front of the patient's eyes that are arranged in a helmet 21 for the reproduction of virtual reality. The helmet 21 is equipped with sensors 22, which make it possible to detect the 60

posición del casco 21 y / o la dirección de visión de los ojos dentro del casco, que se transmiten como datos D de los sensores a la unidad para la creación de la realidad virtual 17, de manera que, en la creación de la realidad virtual, se puede utilizar para que reaccione a un comportamiento de movimiento correspondiente del paciente. helmet position 21 and / or the direction of vision of the eyes inside the helmet, which are transmitted as data D from the sensors to the unit for the creation of virtual reality 17, so that, in the creation of virtual reality , can be used to react to a corresponding movement behavior of the patient.

Dependiendo de la secuencia establecida de los movimientos ψ, se muestra una escena al paciente en el casco 21, por ejemplo, en la que el paciente debe agarrar un objeto que está situado exactamente en el punto final 5 de la secuencia establecida de movimientos ψ. De la manera que ya se ha descrito, a continuación la secuencia de movimientos del sistema articulado 1 es monitorizada y / o asistida. Depending on the established sequence of the movements ψ, a scene is shown to the patient in the helmet 21, for example, in which the patient must grasp an object that is located exactly at the end point 5 of the established sequence of movements ψ. As described above, the sequence of movements of the articulated system 1 is then monitored and / or assisted.

Con el fin de decidir si el movimiento del paciente está de acuerdo con la citada realidad virtual, es posible, por ejemplo, sobre la base de la posición real del extremo del sistema articulado 1, decidir si el movimiento está dirigido en la dirección de la posición intermedia o final establecidas de la secuencia de movimientos ψ, o no. Con 10 este fin, a partir de la posición actual del sistema articulado 1, se puede definir una conexión lineal al siguiente punto de destino (posición intermedia o final), y desde el sistema articulado 1, se puede establecer un cono con un cierto ángulo de apertura, que se dimensiona de manera que con la continuación del movimiento, el punto de destino se pueda alcanzar sin cambios bruscos de dirección, lo cual se puede configurar por medio de los valores de umbral. In order to decide whether the patient's movement is in accordance with the aforementioned virtual reality, it is possible, for example, based on the actual position of the end of the articulated system 1, to decide whether the movement is directed in the direction of the established intermediate or final position of the sequence of movements ψ, or not. For this purpose, from the current position of the articulated system 1, a linear connection to the next destination point (intermediate or final position) can be defined, and from the articulated system 1, a cone with a certain angle can be established opening, which is dimensioned so that with the continuation of the movement, the destination point can be reached without sudden changes of direction, which can be configured by means of threshold values.

Tan pronto como el sistema articulado 1 sale del interior de este cono, es posible una intervención 15 correctiva. Este procedimiento se repite continuamente, para que en cada caso, sobre la base de la posición actual del sistema articulado 1, una base tópica para la toma de decisiones se encuentre disponible. As soon as the articulated system 1 leaves the inside of this cone, a corrective intervention 15 is possible. This procedure is repeated continuously, so that in each case, based on the current position of the articulated system 1, a topical basis for decision making is available.

La disposición de una realidad virtual es más adecuada preferentemente en el tratamiento de enfermedades neurológicas, puesto que en este caso, se simulan en el cerebro los estímulos nerviosos de un mundo real y las reacciones de movimientos típicos en lo que a esto se refiere se pueden adiestrar expertamente. 20 The provision of a virtual reality is more suitable preferably in the treatment of neurological diseases, since in this case, nerve stimuli from a real world are simulated in the brain and the typical movement reactions as far as this is concerned can be train expertly. twenty

Listado de los números de referencia: List of reference numbers:

1: Sistema articulado como esqueleto externo del brazo 1: Articulated system as external arm skeleton

2 : Brazo de un ser humano 2: Arm of a human being

3 : Articulación 3: Joint

4 : Accionamiento 25 4: Drive 25

5 : Partes del sistema articulado 5: Parts of the articulated system

6 : Collarín 6: Collar

7 : Motor eléctrico 7: Electric motor

8: Engranaje 8: Gear

9 : Árbol de accionamiento 30 9: Drive shaft 30

10 : Detector de la posición del motor 10: Engine position detector

11 : Acoplamiento 11: Coupling

12 : Resorte 12: Spring

13 : Detector de posición de la articulación 13: Joint position detector

14 : Control 35 14: Control 35

15 : Sistema de rehabilitación 15: Rehabilitation system

16 : Unidad de activación 16: Activation Unit

17 : Accionamiento para crear una realidad virtual 17: Drive to create a virtual reality

18 : Unidad de base de datos 18: Database unit

19 : Unidad de operación 40 19: Operation unit 40

20 : Dispositivo de activación 20: Activation device

21 : Casco 21: Helmet

φV : Posición de la articulación φV: Joint position

φM : Posición del motor φM: Motor position

Δφ : Desfase angular 45 Δφ: Angular offset 45

Ψ : Secuencia de movimientos Ψ: Sequence of movements

B : Comandos de movimiento B: Motion Commands

S : Comando de control S: Control Command

V : Comando de Imagen V: Image Command

D : Datos de los sensores 5 D: Sensor data 5

Claims

1. A rehabilitation system with an articulated system (1) that has integrated joints (3) that can be applied to the body of a human being, so that the applied articulated system (1) can follow selected movements of the body, in which an integrated joint (3) has a drive (4) to move the joint (3) and a position detector (10, 13) to detect the position 5 of the drive (4), and a control (14) to activate a drive (4) and to detect a sequence of movements by means of the evaluation of the position of the drive (4), said drive (4) being designed as a rotary servo drive, characterized in that

- the aforementioned drive (4) has a motor (7) to rotate a drive shaft (9), a motor sensor (10) to detect the position of the motor and an articulation sensor (13) to detect the position of the joint, said drive (4) allowing an angular offset in the drive (4) between a motor movement and a movement of the joint and

- said control (14) being designed to establish a movement of the joints (3) of the articulated system (1) by activating a drive (4) or several drives (4) and to determine and record a movement of the joints (3 ) of the articulated system (1) in the deviation of a drive activation (4).

2. The system according to claim 1, characterized in that the movement of the drive (4) and the movement of the joint (3) are decoupled by means of a coupling (11), whose coupling effect is increased with the increasing angular offset.

3. The system according to any one of the preceding claims, characterized in that the control (14) tracks the drive (4).

4. The system according to any one of the preceding claims, characterized by a device for creating a virtual reality with a visual presentation and a calculation unit (17) in which, taking into account the coordinates of an objective of movement of the articulated system (1) and the current position of the articulated system (1), a scene that assists the movement target is shown. 25

5. The system according to claim 4, characterized in that the device for creating a virtual reality has a three-dimensional visual presentation with a separate visual presentation for each eye.

6. The system according to claims 4 or 5, characterized in that the device for creating a virtual reality takes into account the movements of the head and / or eyes with respect to the articulated system (1).

7. The system according to any one of the preceding claims, characterized in that the control (14) has a synchronous operating mode, an asynchronous operating mode and / or a virtual operating mode for executing an established sequence of articulated system movements (1). 35

8. The system according to claim 7, characterized in that with the synchronous mode of operation, two articulated systems (1) of which an articulated system (1) is a master articulated system and an articulated system (1) are used ) is an articulated slave system, in which the master articulated system (1) establishes a sequence of movements and the slave articulated system (1) executes the established sequence of movements. 40

9. The system according to claim 8, characterized in that the control (14) controls the sequence of movements in the slave articulated system (1) and, on the deviations of the established movements, indicates the established sequence of movements in the master articulated system (1).

10. The system according to any one of claims 7 to 9, characterized in that with the asynchronous mode of operation, in a first stage, a movement sequence is recorded with the articulated system (1) and the recorded sequence of movements is executed in a second stage.

11. The system according to any one of claims 7 to 10, characterized in that with the virtual mode of operation, the sequence of movements to be executed is assisted by the presentation of a virtual reality in a visual presentation , because a scene is created that provides an incentive for the performer, based on the current position of the articulated system (1), to achieve the objective of the movement of the articulated system (1).

12. The system according to claim 11, characterized in that the presented scene is virtually adapted to the actual sequence of movements of the articulated system (1).

13. The system according to any one of claims 7 to 11, characterized in that the degree of assistance of the sequence of movements by the drive (4) can be parameterized.

14. The system according to any one of claims 7 to 13, characterized in that the deviation of the sequence of movements with respect to the established sequence of movements is detected. 5

15. The system according to claim 14, characterized in that the control (14) with the detection of a deviation in the sequence of the movements activates the drives (4), such that the correct sequence of the movements is assisted. movements.