ES2614276T3

ES2614276T3 - Sistema para la mejora de movimiento

Info

Publication number: ES2614276T3
Application number: ES04730791.3T
Authority: ES
Inventors: Nini Bluman
Original assignee: Bioxtreme Ltd
Current assignee: Bioxtreme Ltd
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-05-02
Publication date: 2017-05-30
Anticipated expiration: 2024-05-02
Also published as: EP1631421A4; EP1631421B1; US8485996B2; WO2004096501A2; WO2004096501A3; US20070060849A1; EP1631421A2

Abstract

Una unidad de control para su uso en un sistema para la mejora del movimiento de un objeto, comprendiendo la unidad de control: - una herramienta de entrada para recibir datos indicativos de movimiento medido del objeto; - una herramienta de memoria para almacenar al menos los datos indicativos de movimiento correcto del objeto; - una herramienta de procesamiento y análisis de datos preprogramada para analizar los datos recibidos indicativos del movimiento medido del objeto y generar una señal de operación, estando la unidad de control caracterizada porque dicho análisis de los datos indicativos del movimiento medido comprende determinar un error en el movimiento medido como una relación entre dicho movimiento medido y dicho movimiento correcto y, tras identificar una determinada condición del movimiento medido, generar la señal de operación que corresponde a una fuerza efectiva, usándose dicha señal de operación para la operación de un conjunto de aplicación de fuerza del sistema, teniendo dicha fuerza efectiva magnitud y dirección como una función de dicho error, de manera que dicha fuerza efectiva, cuando se aplique al objeto, aumente un valor de dicho error.

Description

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DESCRIPCION

Sistema para la mejora de movimiento Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un sistema automatico para el control y la mejora de movimiento, y es particularmente util para la mejora de las capacidades de movimiento de los seres humanos y los animales.

Antecedentes de la invencion

A fin de rehabilitar a las personas que padecen trastornos del movimiento, se emplean diversos tipos de terapias, tales como neuroterapia, fisioterapia, etc. Los cambios en las capacidades de movimiento, en general, pueden obtenerse ya sea mediante cambios biomecanicos (por ejemplo, el uso de farmacos para fortalecer los musculos, o anaerobicos, aerobicos, realizando trabajo contra una fuerza), o mediante practica repetida contra un objetivo predeterminado, ensenando y guiando, antes, durante o despues de la practica. Ambas tecnicas podnan basarse en la practica del movimiento tal cual, sin facilidades externas, o con facilidades como los medicos, juegos de ordenador, realidad virtual, etc. Normalmente, estas tecnicas consumen mucho tiempo. En consecuencia, la capacidad para tratar la terapia, por ejemplo, de los medicos, que realizan dichas terapias, esta significativamente limitada.

Se indica que la mayona de los dispositivos existentes del tipo especificado son capaces de cambiar principalmente y de mejorar posiblemente las capacidades del movimiento mediante cambios biomecanicos.

Un ejemplo de los dispositivos existentes se desvela, por ejemplo, en la patente estadounidense n.° 4.354.676. Segun esta tecnica, una barra de ejercicio se soporta durante la rotacion y actua contra un cilindro hidraulico con el angulo de la barra y la presion en el cilindro se mide y se alimenta a un microordenador que, utilizando estos datos de entrada, controla la presion del cilindro de acuerdo con un programa de ejercicios seleccionado, proporcionando el microordenador tambien los datos de salida a los sistemas de representacion de manera que la persona que hace ejercicio pueda monitorizar su progreso.

La patente estadounidense n.° 4.544.154 desvela un dispositivo de resistencia programable pasivo que usa una realimentacion de bucle cerrado para controlar la resistencia al movimiento de rotacion o traslacion de un objeto. Se miden uno o mas parametros reales, tales como la fuerza o la posicion, y se comparan con los parametros deseados. Las diferencias se utilizan para proporcionar una senal de control que controla la resistencia al movimiento del objeto.

La patente estadounidense n.° 5.466.213 desvela un terapeuta robotico interactivo que interacciona con un paciente para conformar las habilidades motoras del paciente guiando la extremidad del paciente a traves de una serie de ejercicios deseados con un brazo robotico. La extremidad del paciente se trata a traves de una gama completa de movimientos para rehabilitar multiples grupos musculares. Se controla un sistema de accionamiento acoplado al brazo robotico mediante un controlador que proporciona los comandos para dirigir el brazo robotico a traves de la serie de ejercicios deseados. Este robot tambien se describe en el sitio web
http://www.interactive-motion.com/ y en el artfculo "Robot-Aided Neurorehabilitation", Hermano Igo Krebs, Neville Hogan, Mindy L. Aisen, y Bruce T. Volpe, IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering, Vol. 6, No. 1, marzo de 1998.

La patente estadounidense n.° 6.413.195 desvela un dispositivo de ejercicio hidraulico pasivo/activo que tiene una porcion de base, un soporte vertical y una barra de pivote que se coloca selectivamente ya sea en un modo de resistencia pasiva de tipo empuje y traccion o en un modo de tipo de velocidad activa. En el modo pasivo, una bomba puede estar apagada o encendida durante el "ralentP'. Una electrovalvula se activa hasta una posicion abierta y una servovalvula establece una resistencia para el flujo de fluido en el sistema. Una valvula de retencion compensa las areas diferenciales del cilindro. El modo activo es util para aplicaciones de terapia ffsica. En este modo, se proporciona una operacion de ciclo constante con niveles de fuerza minima absolutos. La celula de carga detecta la fuerza real generada, y la retroalimentacion de posicion detecta el movimiento real de la barra de ejercicio. Siempre y cuando el sujeto proporcione suficiente fuerza para mover la barra, el dispositivo de realimentacion confirma el movimiento al ordenador que ajusta la resistencia de la valvula electronica de control de presion a un valor que permitira al sujeto continuar moviendo la barra. Esta fuerza se mide mediante la celula de carga y se controla mediante la servovalvula.

Se desvela otro dispositivo de rehabilitacion en la patente estadounidense 5.078.152.

Sumario de la invencion

Existe una necesidad en la tecnica de facilitar el control de un movimiento llevado a cabo por un objeto para mejorar este movimiento.

Aqrn el termino "objeto" significa cuerpo humano o animal (por ejemplo, las mascotas o los animales de cna), asf como una maquina (por ejemplo, un robot).

La idea principal de la presente invencion consiste en el control de movimiento del objeto para permitir que afecte a este movimiento de manera que provoque que el objeto (por ejemplo, el paciente) mejore el movimiento. La mejora de movimiento de la presente invencion se basa en la evaluacion de un parametro de movimiento relevante y datos

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predeterminados. La presente invencion proporciona el analisis de control del movimiento y especialmente para la deteccion de trastornos del movimiento funcional.

Para el fin de la presente invencion, el termino "movimiento" significa cualquier desplazamiento de un objeto o de una parte del mismo. Como se indica anteriormente, un objeto puede ser un ser humano, un animal o una maquina. Estos pueden ser personas que han nacido con trastornos del movimiento o que se han rehabilitado ffsicamente. Estos tambien pueden ser deportistas, personas que van a mejorar su habilidad de movimiento. El rendimiento del movimiento se caracteriza generalmente por los siguientes parametros: fuerza, aceleracion, velocidad, precision, estabilidad, repetibilidad, amplitud de movimiento y trabajo sin cansancio. La mejora del valor (medido) cualquiera de estos parametros se mencionaran en el presente documento como "mejora de movimiento". Aqu tambien se usa el termino "control de movimiento" que significa la capacidad para regular o dirigir los mecanismos esenciales para el movimiento. El termino "fuerza" usado en el presente documento significa cualquier efecto que acciona, mueve, cambia la posicion del objeto, etc. Estos incluyen una fuerza directa, par de torsion, momento, etc.

Segun un aspecto no reivindicado, se proporciona un procedimiento para su uso en la mejora del movimiento del objeto, comprendiendo el procedimiento: procesar datos indicativos de un movimiento medido del objeto y determinar una relacion entre el movimiento medido y un movimiento correcto predeterminado, siendo dicha relacion indicativa de un error en dicho movimiento medido; permitiendo de este modo que la generacion de una senal de operacion se use para aplicar una fuerza de efecto a dicho objeto, siendo dicha senal de operacion tal que dicha fuerza efectiva, cuando se aplique al objeto, aumentara un valor de dicho error.

La senal de operacion es tal que la aplicacion de la fuerza efectiva provocara que el objeto inicie un movimiento negativo con respecto a esta fuerza, y la resultante del movimiento del objeto se aproximara asf al movimiento correcto. Preferentemente, la senal de operacion es de tal manera que define al menos uno de los vectores unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales de la fuerza efectiva.

El error puede ser indicativo de una diferencia entre los movimientos correctos y los medidos; o puede ser indicativo de una proporcion entre los movimientos correctos y los medidos. Preferentemente, la fuerza efectiva se determina como mmimo entre primeros y segundos valores de fuerza determinados, en la que el primer valor de fuerza se determina como una fuerza de lfmite superior de seguridad aplicable al objeto a la vez que evita el dano al objeto durante la monitorizacion, y el segundo valor de fuerza se define por el error medido de manera que provoque el aumento del error. La fuerza efectiva puede ser solo una fuerza resistiva.

Preferentemente, tras determinar el error, se analiza para determinar si se cumple una determinada condicion de movimiento predefinida con respecto a este error, para generar de este modo la senal de operacion, si se cumple esta condicion.

Preferentemente, los datos indicativos del movimiento correcto del objeto se proporcionan antes de la monitorizacion. Esta puede incluir proporcionar una base de datos que incluya los datos del movimiento correcto para diversos tipos de movimientos.

Los datos indicativos del movimiento medido del objeto pueden comprender al menos un parametro ffsico del objeto, cuyo movimiento debe mejorarse, por ejemplo, el peso y/o la dimension del objeto. De forma similar, los datos indicativos del movimiento correcto del objeto pueden comprender al menos un parametro ffsico del objeto, tal como el peso y/o la dimension del objeto. El procedimiento puede utilizar el analisis de los datos generados indicativos del movimiento medido para actualizar los datos indicativos del movimiento correcto del objeto.

La monitorizacion puede llevarse a cabo sin afectar sustancialmente a los datos indicativos del movimiento medido o proporcionando un efecto conocido sobre los datos indicativos del movimiento medido, en cuyo caso el procesamiento tiene en cuenta este efecto conocido a la vez que determina la relacion entre el movimiento medido y el movimiento correcto.

El procedimiento puede utilizar la proporcion de direcciones de movimiento al objeto, cuyo movimiento debe mejorarse.

Segun otro aspecto no reivindicado, se proporciona un procedimiento para su uso en la mejora del movimiento del objeto, comprendiendo el procedimiento:

(a) proporcionar datos indicativos de un movimiento correcto del objeto;

(b) monitorizar el movimiento del objeto y generar datos indicativos de un movimiento medido;

(c) procesar los datos generados y determinar una relacion entre dicho movimiento medido y dicho movimiento correcto, siendo dicha relacion indicativa de un error en dicho movimiento medido;

(d) analizar el error determinado para permitir la generacion de una senal de operacion que define una fuerza efectiva que se aplicara al objeto, siendo dicha senal de operacion tal que la fuerza de aplicacion cuando se aplica al objeto aumenta un valor de dicho error.

Segun otro aspecto no reivindicado de la invencion, se proporciona un sistema para su uso en la mejora del movimiento del objeto, comprendiendo el sistema:

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- un conjunto de monitorizacion configurado y operable para la monitorizacion;

- movimiento del objeto y generar datos indicativos del movimiento medido;

- un conjunto de aplicacion de fuerza configurado y operable para aplicar una fuerza al objeto;

- una unidad de control que tiene una herramienta de memoria para almacenar datos indicativos de un movimiento correcto del objeto; y una herramienta de procesamiento y analisis de datos preprogramada para analizar los datos generados por el conjunto de monitorizacion, determinando un error en el movimiento medido como una relacion entre el movimiento medido y el movimiento correcto, para permitir de este modo que la generacion de una senal de operacion se use para la operacion del conjunto de aplicacion de fuerza para aplicar al objeto una fuerza efectiva, siendo dicha senal de operacion tal que la fuerza efectiva, cuando se aplique al objeto, aumentara un valor de dicho error.

El sistema puede comprender una disposicion de direccion de movimiento que presente instrucciones de movimiento a un usuario, cuyo movimiento debe mejorarse.

La relacion entre los movimientos medido y correcto puede determinarse como una diferencia entre estos movimientos; o como una proporcion entre ellos.

El sistema preferentemente comprende un conjunto de interfaz interconectado entre el conjunto de aplicacion de fuerza y el objeto. El conjunto de interfaz puede configurarse para sujetar el objeto cuyo movimiento debe mejorarse.

El conjunto de interfaz puede configurarse para no afectar sustancialmente a los datos indicativos del movimiento medido; o para proporcionar un efecto conocido sobre los datos indicativos del movimiento medido, en cuyo caso la herramienta de procesamiento y analisis de datos se preprograma para tener en cuenta este efecto conocido a la vez que determina la relacion entre el movimiento medido y el movimiento correcto.

El conjunto de interfaz puede configurarse para ser operable en el primer y segundo modos: cuando opera con el primer modo, el conjunto de interfaz afecta al movimiento del objeto, y cuando opera con el segundo modo, el conjunto de interfaz sigue el movimiento del objeto. El conjunto de interfaz puede configurarse y ser operable para permitir al objeto que conduzca el movimiento; o configurarse y ser operable para transferir fuerzas entre el objeto, cuyo movimiento debe mejorarse, y un segundo objeto.

El conjunto de monitorizacion puede configurarse para medir variaciones de tiempo de una posicion del objeto. El conjunto de monitorizacion puede comprender al menos uno de los siguientes: tacometro, acelerometro, potenciometro, resolucionador, codificador y sistema de formacion de imagenes. El conjunto de monitorizacion puede configurarse para medir una variacion de tiempo de una fuerza o presion. El conjunto de monitorizacion puede comprender al menos uno de los siguientes: un extensometro, una celula de carga y un sensor de presion.

El conjunto de monitorizacion puede comprender al menos un sensor de presion que opera para detectar la presion entre el conjunto de aplicacion de fuerza y el objeto. Los sensores de presion pueden montarse en planos perpendiculares entre sf y estar al mismo nivel vertical. Los sensores de presion pueden incluir celulas de carga.

Segun un aspecto de la invencion, se proporciona una unidad de control segun la reivindicacion 1.

Breve descripcion de los dibujos

A fin de entender la invencion y ver como puede llevarse a cabo en la practica, a continuacion se describira una realizacion preferida, a modo de ejemplo no limitante solo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1A es una ilustracion esquematica de un sistema de mejora de movimiento segun la invencion;

La Figura 1B es un diagrama de flujo de un procedimiento no reivindicado para la mejora del movimiento de un objeto;

Las Figuras 2A y 2B ilustran un ejemplo espedfico pero no limitante del sistema de la invencion;

Las Figuras 3A a 3C ilustran esquematicamente varios ejemplos de un conjunto de interfaz entre el sistema y un objeto, adecuado para su uso en el sistema de la presente invencion;

Las Figuras 4A a 4C ilustran graficamente los principios de la presente invencion para la mejora del movimiento del objeto;

La Figura 5A ilustra esquematicamente otro ejemplo del sistema de la presente invencion;

Las Figuras 5B a 5E ejemplifican las configuraciones de las unidades de transmision de fuerza y los conjuntos de interfaz adecuados para su uso en el sistema de la Figura 5A;

La Figura 6A ilustra esquematicamente otro ejemplo del sistema de la presente invencion;

Las Figuras 6B a 6D muestran tres ejemplos, respectivamente, de una unidad de generacion de fuerza adecuada para su uso en el sistema de la Figura 6A; y

La Figura 6E muestra un ejemplo de una unidad de transmision de fuerza adecuada para su uso en el sistema de la Figura 6A.

Descripcion detallada de la invencion

En referencia a la Figura 1A, se ilustra esquematicamente un sistema 10para la mejora de movimiento segun la

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invencion. El sistema 10 comprende un conjunto 12de monitorizacion para la monitorizacion del movimiento llevado a cabo por el objeto, un conjunto 14de aplicacion de fuerza, una unidad 16 de control, que pueden equiparse con una unidad de presentacion (por ejemplo, una pantalla visual o un altavoz). Dicha unidad de presentacion de datos puede usarse no solo para la presentacion de los resultados sino tambien para la presentacion de informacion al objeto para dirigir de este modo su movimiento (por ejemplo, informacion de la operacion o realidad virtual). El conjunto de aplicacion de fuerza (y posiblemente tambien el conjunto de monitorizacion) se asocia con un conjunto 35 de interfaz entre el sistema y el objeto, cuyo movimiento debe mejorarse. El conjunto 35 de interfaz esta destinado preferentemente a conectar el conjunto 14 de aplicacion de fuerza al objeto, pero tambien puede soportar el conjunto 12 de monitorizacion o una parte del mismo.

El conjunto 12 de monitorizacion incluye un sensor o una pluralidad de sensores configurados para la identificacion de un movimiento medido llevado a cabo por un objeto (por ejemplo, un paciente, una mascota, una maquina) y la generacion de datos indicativos del mismo. El/los sensor/es pueden detectar el movimiento espedfico de una extremidad, en particular, y evaluar los parametros de movimiento de una extremidad, en general. El/los sensor/es puede/n unirse al conjunto 14 de aplicacion de fuerza, y/o al conjunto 35 de interfaz, y/o al objeto, o puede/n posicionarse en la/s ubicacion/es apropiadas fuera de estos conjuntos. Por ejemplo, el/los sensor/es puede/n estar unido/s a la extremidad del paciente o montado/s en su proximidad de manera que sea capaz de monitorizar el movimiento de la extremidad. Dicho sensor puede, por ejemplo, incluir una fuente de luz unida a la extremidad y una camara CCD para representar continuamente el movimiento de la fuente de luz junto con la extremidad. En caso de que la extremidad se una al conjunto 14 de aplicacion de fuerza, que forma conjuntamente una unidad ngida, el sensor puede unirse a cualquier ubicacion de esta unidad ngida. En caso de que prevalezca una relacion ffsica constante o conocida (en el tiempo y/o espacio) (por ejemplo, una proporcion de transmision) entre la extremidad y el conjunto 14 de aplicacion de fuerza, el sensor puede unirse a cualquier ubicacion del conjunto 14 de aplicacion de fuerza. Generalmente, el sensor se selecciona de acuerdo con el/los parametro/s de movimiento que se monitoriza/n y puede incluir al menos uno de los siguientes elementos capaces de detectar una posicion y medir (un) parametro/s de movimiento: un codificador, un resolucionador, un potenciometro, un tacometro, un acelerometro, una celula de carga, medidor de deformacion, un extensometro, un transductor de presion, un sensor de par de torsion y un sistema de formacion de imagenes.

Los datos indicativos del movimiento medido se reciben en la unidad 16 de control, en la que se procesan estos datos para determinar un error en el movimiento medido y para generar una senal de operacion para el conjunto 14 de fuerza. La senal de operacion esta destinada a aplicar una fuerza efectiva a un objeto a fin de mejorar el movimiento del objeto. Segun la invencion, esta senal de operacion es tal que la fuerza efectiva en realidad aumenta un valor de error. Por esto, al objeto (por ejemplo, el paciente) se le ensena a corregir por sf mismo este tipo de movimiento espedfico.

Tal como se muestra en la figura, la unidad 16 de control incluye una herramienta 17 de entrada de datos, una herramienta 18 de memoria, una herramienta 19 de procesamiento y analisis de datos, y una herramienta 20 de salida de datos. La herramienta 17 de entrada de datos se configura para la introduccion de datos en la unidad de control, tal como los datos introducidos por el usuario que se almacenan en la herramienta 18 de memoria y/o los datos que provienen del conjunto 12 de monitorizacion que se reciben mediante la herramienta 19 de procesador. La herramienta de entrada de datos puede incluir un panel de representacion, un teclado, una pantalla tactil, una memoria extrafble portatil (discos, unidad flash USB), etc., mediante la que un usuario introduce datos. Debe entenderse que la herramienta de entrada de datos puede configurarse para la recepcion de datos a partir de dispositivos remotos, asf como para la transmision de datos recibidos a dispositivos remotos. Esto puede incluir dispositivos de comunicacion tales como componentes basados en RS232, herramienta de correo electronico, hardware de comunicacion inalambrica o componentes de recepcion de entrada de datos basados en infrarrojos o USB (Bus en Serie Universal), etc. La herramienta 18 de memoria almacena determinados datos de referencia indicativos de un movimiento correcto predeterminado para cada tipo de movimiento. La herramienta 19 de procesador se preprograma con el software adecuado basado en un modelo matematico predeterminado capaz de analizar los datos relacionados con el movimiento medido y determinar una relacion entre estos datos y los datos de referencia correspondientes. Esta relacion es indicativa de un error en el movimiento medido. Tras determinar el error, la herramienta 19 de procesador genera la senal de operacion a la herramienta 14 de aplicacion de fuerza para aplicar una determinada fuerza efectiva al objeto para mejorar de este modo el movimiento del objeto. Como se indica anteriormente, la senal de operacion es tal que la fuerza efectiva aumenta un valor de error.

Debe entenderse que la herramienta de procesador puede ser el denominado "sistema experto" capaz de llevar a cabo un modo de aprendizaje (por ejemplo, mediante redes neuronales) y, por consiguiente, actualizar los datos de referencia. Por ejemplo, el perfil de movimiento medido de una extremidad, que se detecta mediante el conjunto de monitorizacion y se transfiere a la herramienta19 de procesador a traves de la herramienta 17 de entrada de datos, puede compararse con los perfiles de movimiento anterior almacenados en la herramienta 18 de memoria. La configuracion puede ser tal que, basandose en los resultados del procesamiento de datos, la herramienta 19 de procesador sea capaz de tomar una decision sobre si generar una senal para operar el conjunto 14 de aplicacion de fuerza para aplicar una fuerza de efecto a un objeto. En otras palabras, la senal de operacion se genera solo en determinadas circunstancias o basada en una determinada condicion del movimiento medido. La generacion de la senal de operacion puede ser a base de cualquier tecnica adecuada conocida. Esto puede, por ejemplo, ser una tecnica que utiliza alternativas condicionadas preprogramadas: una vez que se cumple una condicion predeterminada,

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se elige la alternativa. Este procedimiento se conoce comunmente como 'tabla de consulta'. Otro ejemplo se basa en una decision aprendida o creada mediante un sistema de redes neuronales. La red neuronal puede ser un algoritmo general o adaptado espedficamente a un tipo de movimiento. La senal de operacion puede contener parametros suficientes para provocar que una fuerza se aplique a una extremidad. Dichos parametros pueden incluir la magnitud de fuerza, sus componentes (si es mas de una fuerza unidimensional), su duracion, etc. Debe entenderse que tanto la unidad de control como el conjunto de aplicacion de fuerza estan configurados para la comunicacion apropiada entre ellos. La unidad 16 de control se disena preferentemente como un modulo independiente compatible con diversos tipos de conjunto de aplicacion de fuerza y conjunto de monitorizacion.

Ademas, la unidad 16 de control opera y controla un control en bucle abierto o cerrado sobre la fuerza que se aplica. El operador del sistema selecciona uno cualquiera de los controles en bucle abierto y en bucle cerrado basandose en las consideraciones relevantes. Dicho bucle puede formarse solo mediante la unidad 16 de control y el conjunto 14 de aplicacion de fuerza, o puede tambien incluir la entrada de datos a partir del conjunto 12 de monitorizacion. La entrada de datos para el control en bucle cerrado puede incluir datos sobre las fuerzas aplicadas y anteriores, caractensticas del objeto, y datos sobre los movimientos actuales y anteriores del objeto. Tambien puede incluir datos sobre la interaccion entre el objeto y la fuerza, tal como la fuerza resultante entre el objeto y el conjunto 35 de interfaz.

El conjunto 14 de aplicacion de fuerza se configura y opera para crear y aplicar una fuerza a un objeto. Ademas, puede permitir que un objeto se mueva dentro de la libertad de movimiento predeterminada del conjunto 14 de aplicacion de fuerza, es decir, el objeto puede moverse libremente siempre que no exceda los lfmites de recorrido del conjunto 14 de aplicacion de fuerza, incluso cuando este ultimo ejerce una (contra)fuerza mas fuerte. La fuerza aplicada mediante el conjunto 14 de aplicacion de fuerza puede actuar con, contra o en otra direccion con respecto a la direccion de movimiento del objeto (por ejemplo, en direccion ortogonal al movimiento del objeto). Debe indicarse que el conjunto 14 de aplicacion de fuerza incluye una unidad de generacion de fuerza, aunque no se muestra espedficamente aqd. Esto puede ser un muelle, un peso o un motor electrico (por ejemplo, un motor de pasos, un servomotor), que puede asociarse con un conductor. El motor puede ser un motor lineal o de rotacion. Este conjunto de aplicacion de fuerza puede incluir una unidad de transmision de fuerza, tal como las ruedas de engranaje; una disposicion de palanca; o un sistema hidraulico o neumatico que incluye un cilindro con un piston, y un motor electrico (que en este caso sena la unidad de generacion de fuerza), que produce, respectivamente, la presion de aceite y aire, resistiendo o imponiendo el movimiento. Como se indica anteriormente, la interfaz 35 adecuada entre el conjunto 14 de aplicacion de fuerza y el objeto se proporciona preferentemente para permitir de este modo la transmision de fuerzas bidireccionales, es decir, entre los anteriores al objeto y viceversa. En determinadas aplicaciones, en las que se requiere un movimiento con libertad de una extremidad, en dimensiones apropiadas, la interfaz se disena preferentemente de manera que altere la extremidad durante su movimiento.

El sistema 10 puede incluir una pantalla, que puede ser el monitor de la unidad de control o un visor adicional, para la interfaz de usuario o paciente. Dicha pantalla puede presentar los objetivos a seguir de un paciente durante su terapia, escenas de realidad virtual en una a tres dimensiones, asf como instrucciones escritas. Estos medios auxiliares pueden facilitar la operacion del sistema, asf como mejorar los logros del paciente. La pantalla se opera mediante la unidad 16 de control, que puede cargarla con informacion almacenada desde la herramienta de memoria o desde fuentes externas (por ejemplo, un sitio web o una memoria extrafble).

La Figura 1B muestra las etapas principales del procedimiento de mejora de movimiento. El movimiento del objeto se monitoriza y se proporcionan los datos indicativos del movimiento medido. Los datos medidos se procesan y analizan mediante datos indicativos de un movimiento correcto del objeto. El procesamiento se destina a determinar una relacion entre los datos indicativos del movimiento medido y los datos indicativos del movimiento correcto para determinar de este modo un error en el movimiento medido y generar una senal de operacion que se usa para definir una fuerza efectiva que se aplica al objeto. La senal de operacion es tal que la fuerza efectiva, cuando se aplica al objeto, aumenta el valor de error.

En referencia a las Figuras 2A y 2B se muestra un ejemplo espedfico pero no limitante de un sistema 10 de la invencion destinado a mejorar el movimiento de una extremidad del paciente. El sistema 10 se configura para seguir la trayectoria del brazo del paciente durante el movimiento del brazo, monitorizar (medir) este movimiento y, tras detectar un error en el movimiento medido, aplicar una fuerza efectiva requerida al brazo. Como se indica anteriormente, la fuerza aplicada es de tal manera que aumenta un valor del error. El propio paciente puede mover su brazo con libertad o segun objetivos predeterminados. Los objetivos se le pueden presentar como un mensaje de voz o mensaje visual (sobre una pantalla) como instrucciones del tipo "MUEvA SU BRAZO A LA IZQUIERDA, dEsPUES MUEVA...", como alternativa o adicionalmente, tal como se muestra en el presente ejemplo (Figura 2A), un plano de movimiento MP puede usarse por debajo del brazo del paciente con los objetivos T estando marcados sobre el plano de movimiento. Dicho movimiento que dirige el conjunto (por ejemplo, una pantalla, un plano de movimiento) puede presentar escenas de realidad virtual, objetivos a seguir, etc.

El sistema 10 tiene un conjunto 12 de monitorizacion; un conjunto 14 de aplicacion de fuerza y una unidad 16de control. Como puede verse mejor en la Figura 2B, el conjunto 12 de monitorizacion incluye dos sensores en forma de codificadores 36A y 36B montados en ejes (no mostrados) de dos motores 30A y 30B, respectivamente, que se asocian con una disposicion 31 de palanca. El conjunto 14 de aplicacion de fuerza se forma mediante estos dos motores y la disposicion 31 de palanca. Los motores presentan una unidad de generacion de fuerza, y la disposicion 31

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de palanca presenta una unidad de transmision de fuerza. En el ejemplo presente, los motores son preferentemente motores electricos con ejes de rotacion. La disposicion 31 de palanca se asocia con un elemento 35 de sujecion del brazo que se monta preferentemente sobre un elemento 37 de gma para permitir de este modo al paciente que ajuste su posicion del brazo sobre la disposicion de palanca. La sujecion 35 del brazo en realidad presenta la interfaz entre el objeto y el sistema. Las configuraciones posibles de la interfaz se describiran mas espedficamente mas adelante.

Los codificadores 36A y 36B detectan el movimiento de la disposicion 31 de palanca a lo largo de dos ejes perpendiculares entre sf, respectivamente, provocado por el movimiento del brazo del paciente, y transmiten los datos indicativos de la misma a la unidad de control. La herramienta de procesador de la unidad de control analiza estos datos y, tras detectar un error, genera la senal de operacion a los motores 30A y 30B de modo que aplique al brazo del paciente la fuerza efectiva que aumenta este error. La monitorizacion del movimiento del brazo y el control de este movimiento mediante la senal de operacion se llevan a cabo a traves de los motores y la disposicion de palanca de la siguiente manera.

La disposicion 31 de palanca incluye los brazos 33A y 33B de palanca conectados de forma pivotante entre sf a traves de un elemento 32 de pasador. El brazo 33A de palanca se monta sobre un elemento 34, que es rotativo por el motor 30A a traves de una cinta 32A, que se conecta al eje del motor 30A y al del elemento 34. Por lo tanto, el motor 30A inicia la rotacion del elemento 34 e inicia asf el movimiento pivotante del brazo 33A y 33B. El eje del motor 30B se conecta a su vez al elemento32 de pasador a traves de la cinta 32B, siendo una fuerza generada por el motor 30B transferida de este modo al brazo 33B, que se conecta a la interfaz 35 con el brazo del paciente. De este modo, la operacion del motor 30A efectua la rotacion del elemento 34 y, consecuentemente, el movimiento pivotante del brazo 33A. La operacion del motor 30B efectua la rotacion del elemento 32 de pasador y, consecuentemente, el movimiento pivotante del brazo 33B. De esta manera, cualquier movimiento (fuerza), puede efectuarse a lo largo del plano x-y horizontal con la interfaz 35 dentro de los lfmites de la potencia motores y las dimensiones de la unidad de transmision de fuerza. Por otro lado, el movimiento actual del brazo del paciente a lo largo de dos ejes perpendiculares entre sf se transfiere a los codificadores 36A y 36B a traves de la disposicion de palanca y los ejes de los motores. Los sensores adicionales pueden usarse, estando unidos a la interfaz 35, para la monitorizacion de las tensiones y las fuerzas entre la extremidad y el brazo 33B de palanca, tal como se describira a continuacion con referencia a la Figura 3A.

Debe entenderse que la tecnica de la presente invencion proporciona tambien la mejora del movimiento de una maquina automatica, especialmente cuando la maquina no realiza un movimiento preciso debido a una falta de control, o cuando se debe actualizar una maquina y es necesario un control estricto del movimiento. Ademas, se puede requerir que los robots automaticos se muevan de un punto a otro o sigan una trayectoria espedfica para realizar sus tareas. El sistema de la presente invencion puede usarse para ensenar a un robot a realizar estos movimientos a la vez que el robot se une a la interfaz 35. El sistema puede usarse para estabilizar un sistema de control de sistemas no estables tales como en armas militares y para estimular trastornos del movimiento. El sistema puede usarse para intensificar los trastornos mediante la aplicacion de fuerzas, por ejemplo, en un paciente que padece dichos trastornos. Las respuestas del paciente a dichas fuerzas se monitorizan mediante el sistema, y los datos monitorizados y los datos de entrada, se analizan para determinar diferentes fuerzas para permitir de este modo corregir los trastornos.

El conjunto de interfaz entre el conjunto de aplicacion de fuerza y el objeto puede ser uno de los siguientes tipos:

a) Interfaz "solo de seguimiento" que permite unicamente la union y la transmision de fuerza al objeto. El objeto queda asf libre para moverse, y el movimiento del objeto conduce la interfaz, a menos que el conjunto 14 de aplicacion de fuerza aplique una fuerza al objeto. Un ejemplo de tal conjunto de interfaz se muestra en la Figura 3A. Aqrn, el conjunto 135 de interfaz incluye un anillo 35 para rodear y sujetar el brazo de un paciente. El anillo 35 se conecta al final del brazo 33B de palanca (es decir, a la unidad de transmision de fuerza) a traves de una disposicion 40 de conexion. Esta ultima incluye un cojinete 41esferico directamente acoplado al anillo 35; soportes 42; y una placa 46 que se acopla directamente al brazo 33B. El cojinete 41 esferico permite el movimiento tridimensional del brazo del paciente segun la eleccion del paciente, ademas del movimiento a lo largo del eje vertical por el eje deslizante (37 en la Figura 2B). Los sensores (no mostrados) tambien se proporcionan preferentemente estando unidos en (una) ubicacion/es apropiada/s entre el brazo 33B de palanca y el anillo 35. A fin de miniaturizar la estructura global del conjunto de interfaz, se utilizan las celulas 44A y 44B de carga estando conectadas entre sf por los soportes 42 para estar al mismo nivel vertical y en planos perpendiculares entre sf Dicha estructura asegura la deteccion de tensiones y fuerzas en dos direcciones ortogonales y, ademas, ahorra el volumen y reduce la flexibilidad potencial.

b) Interfaz de "transferencia de interaccion", que se usa para permitir la interaccion entre un primer objeto, cuyo movimiento debe mejorarse, y un segundo objeto que se usa para ayudar en esta tarea. La Figura 3B ejemplifica dicho conjunto de interfaz, generalmente denominado 235. El conjunto 235 de interfaz se configura para ayudar a ensenar a un paciente a usar correctamente sus dedos (que constituyen el primer objeto) para realizar una operacion de agarre, por ejemplo, agarrar un lapiz 92 (que constituye el segundo objeto). El conjunto 235 de interfaz incluye dos cajas 94A y 94B abiertas especialmente disenadas. El lapiz 92 se posiciona entre las cajas 94A y 94B. Cada una de estas cajas es movible en direccion perpendicular al lapiz 92, tal como se muestra mediante las flechas 95. La ensenanza se realiza dejando que el paciente introduzca dos de sus dedos, por ejemplo, el dedo gordo y el dedo mdice, en las cajas. Despues, el paciente puede intentar agarrar el lapiz. Las cajas limitan el movimiento. Los sensores (no mostrados) se unen a las cajas 94A y 94B y monitorizan el movimiento de los dedos. En consecuencia, el sistema de mejora de movimiento puede aplicar una fuerza a los dedos moviendo ya sea una

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o ambas cajas 94A y 94B, todo tal como se ha descrito anteriormente. Puede usarse una interfaz similar para ensenar a un paciente a presionar un objeto (segundo objeto), tal como un boton. Por tanto, estas son las interfaces "solo de seguimiento" con caractensticas especiales adicionales: la interaccion entre el primer y segundo objeto se lleva a cabo a traves de esta interfaz.

c) Interfaz de "posibilitacion de movimiento", que permite el movimiento propiamente dicho y, ademas de permitir que la interfaz siga el objeto, permite recibir y transferir fuerzas desde y hacia el objeto. Por lo tanto, se necesita la interfaz para permitir el movimiento, es decir, sin dicha interfaz no se puede realizar ningun movimiento. Tal como se muestra en la Figura 3C, dicho conjunto de interfaz puede incluir una rueda 335motriz sujetada por los brazos del paciente y rotada por el. El ejemplo adicional puede ser el uso de pedales de una bicicleta, sobre la que se posicionan las piernas del paciente y que se rotan mediante las piernas del paciente.

Ahora se hace referencia a las Figuras 4A-4C que ilustran los principios de la presente invencion para el procesamiento de datos y la generacion de la senal de operacion para mejorar el movimiento del objeto. En el ejemplo presente, el movimiento considerado es el movimiento de un brazo del paciente a la vez que sostiene un vaso de vidrio de agua y lo mueve de una posicion X1 a una posicion X2.

La Figura 4A describe el movimiento en forma de parametro de velocidad de movimiento como funcion de la distancia de movimiento. Debe indicarse que tambien podnan usarse otros parametros, tales como la velocidad frente al tiempo. Un punto inicial se establece en la coordenada X1. Los perfiles de velocidad relevantes del movimiento incluyen un Perfil A, que se denomina "perfil de velocidad ideal", y un Perfil B, que es el perfil de movimiento medido, es decir, el movimiento realmente medido de la mano del paciente durante un penodo determinado de tiempo ti.

El Perfil A es un perfil que describe el movimiento correcto en dichas circunstancias (es decir, para este tipo espedfico de movimiento). Puede ser un perfil experimental construido a partir de informacion obtenida como resultado de experimentos. Por ejemplo, estos pueden ser experimentos por los que se pide a varios pacientes que realicen un movimiento similar. Los resultados se basan de media en un/unos parametro/s relevante/s tal/es como la edad, el sexo, etc., y, como consecuencia, se determina el Perfil A como el movimiento correcto para circunstancias espedficas (personas que pertenecen a un grupo de edad determinado, sexo, etc.). El Perfil A tambien podna ser un perfil teorico obtenido a partir de la consideracion teorica. Por ejemplo, la aportacion teorica puede obtenerse haciendo pruebas en un paciente que mueve dicho vaso, sin ningun trastorno. Para el fin del ejemplo mostrado en la Figura 4A, el perfil teorico puede considerarse como el de movimiento correcto. El Perfil A tambien podna ser una combinacion de los resultados experimentales y teoricos.

El Perfil B, que corresponde al movimiento medido que debe mejorarse, podna medirse mediante sensores configurados y alojados para la deteccion del movimiento a lo largo de la trayectoria del movimiento. En el ejemplo presente, la velocidad de movimiento del Perfil B es mayor que la velocidad del Perfil A, en todos los puntos de distancia, excepto en los puntos de inicio y de finalizacion Xi y X2. Sin embargo, tanto el Perfil A como B tienen un patron similar, es decir, la velocidad de movimiento aumenta desde el punto inicial Xi hasta un determinado punto Pi, despues permanece estable hasta un punto de distancia P2, y despues disminuye a cero en un punto de finalizacion X2.

La Figura 4B muestra los Perfiles A' y B' que corresponden a las derivadas de tiempo de los Perfiles A y B (es decir, las aceleraciones del movimiento), respectivamente, como funcion de la misma distancia. Los Perfiles A' y B' pueden dividirse en cinco segmentos comunes: segmento I que corresponde a las aceleraciones positivas constantes, segmento II que corresponde a las aceleraciones decrecientes positivas, segmento III que corresponde a las aceleraciones cero, segmento IV que corresponde a las aceleraciones decrecientes negativas, y segmento V que corresponde a las aceleraciones negativas constantes. Segun este ejemplo, el valor absoluto de la aceleracion (medida) actual (Perfil B') es mayor que la aceleracion correcta (Perfil A') en todas las distancias, excepto en la del segmento III. Por tanto, en este ejemplo espedfico, el paciente aplica fuerzas significativamente excesivas (adicionales) para realizar este movimiento y, probablemente, el agua se derrame fuera del vaso. Esto por supuesto puede dar lugar a efectos adversos como la incapacidad para realizar movimientos delicados, aumento del agotamiento y el cansancio y mas. Por lo tanto, el error determinado asf es indicativo de una fuerza aumentada aplicada por el paciente.

La Figura 4C ejemplifica una aceleracion unidimensional correctiva del Perfil D (perfiles de una fuerza efectiva) que se aplica a la mano del paciente segun la presente invencion, en comparacion con la aceleracion del Perfil C que se aplicana segun el enfoque convencional de mejora de movimiento tal como el implementado por el sistema MIT-MANUs, disponible en el mercado gracias a Interactive Motion Technologies, Inc. y descrito, por ejemplo, en el sitio de Internet
http://www.interactive-motion.com/. La aceleracion del Perfil C esta relacionada con la diferencia positiva entre el Perfil B' y el Perfil A' de la Figura 4B (es decir, (A'-B')). Asf que, segun el enfoque convencional, la fuerza efectiva se aplica contra la fuerza del paciente, es decir, de manera que disminuya la fuerza en exceso (error) aplicada por el paciente a lo largo de la trayectoria del movimiento. La aceleracion del Perfil D resultante de la senal de operacion de la presente invencion es diferente: el Perfil D esta relacionado con la diferencia negativa entre los Perfiles B' y A' (es decir, -(A'-B')), es decir, la fuerza efectiva se aplica de manera que disminuya la diferencia (error) entre los Perfiles B' y A'.

En general, pueden usarse diversas relaciones entre el movimiento medido de un objeto y el movimiento correcto en la

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presente invencion y, generalmente, se denominan como "Error". El Error es una indicacion de la relacion entre las dos cantidades. En el caso general, el Error es una funcion de las coordenadas de tiempo y espacio, as^ como de la relacion mencionada anteriormente. Por tanto, el Error se determina como:

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en el que f es una funcion de (x, y, z) que son coordenadas de espacio en un sistema de coordenadas ortogonal o curvilmeo, ti es la coordenada de tiempo; a(xi,yi,zi,t3) y b(xi, yi, Z1, t3) son, respectivamente, los movimientos correctos y medidos (caracterizados por dicho/s parametro/s, tal como la aceleracion, la velocidad, etc.) de un objeto en unas coordinadas de espacio y tiempo determinadas.

Como se muestra en la ecuacion (1), las causas que llevan a la determinacion de Error pueden originarse en coordenadas de tiempo (anterior) y espacio diferentes entre sf A este respecto, el Error puede ser un retraso del sistema. Sin embargo, la ecuacion general (1) puede degenerarse en casos apropiados; por ejemplo, b tendra las mismas coordenadas de tiempo y espacio que el Error, mientras que a puede ser invariable con el tiempo (teniendo en cuenta que a es una variable).

Por ejemplo, el error en las coordenadas de tiempo t2 y espacio X2, y2, Z2 se define como:

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en el que a(x2, y2, Z2) es la aceleracion correcta del objeto en las coordenadas de espacio X2, y2, Z2; y b(x2, y2, Z2, t2) es la aceleracion medida en cualquier coordenada de tiempo y espacio xz yz Z2.

Segun este ejemplo, el Error(x2,y2, Z2, t2) es una propiedad fundamental para la determinacion de la fuerza efectiva (es decir, su magnitud y direccion).

El valor de Error(x2, y2, Zz, tz) puede determinarse como sigue: Se determina la aceleracion actual del objeto en las coordenadas de tiempo tz y espacio xz y2, Z2. A este fin, se dan los siguientes datos con respecto al objeto espedfico: su masa, las fuerzas de friccion internas que se ejercen durante el movimiento del objeto (es decir, dentro del objeto, tal como la friccion de los musculos, etc.), la interfaz del conjunto de aplicacion de fuerza, su masa y sus fuerzas de friccion internas. Para el fin de este calculo, la interfaz unida al objeto se considera en primer orden un cuerpo ngido. Despues, la ecuacion de fuerza (segunda ley de Newton) se aplica a la interfaz y al objeto y, por consiguiente, se determina la aceleracion neta (equivalente a la aceleracion medida) del objeto (a(x2, y2, z2, t2)). En segundo orden, el perfeccionamiento de este calculo puede hacerse usando los datos adicionales sobre las fuerzas internas entre la interfaz y el objeto, eliminando la suposicion de un cuerpo ngido. Dichos datos pueden obtenerse mediante medidores de presion o fuerza adecuados montados entre los dos (por ejemplo, la celula 44A y 44B de carga de la Figura 3A o los transductores de presion activos, tal como se ejemplificara a continuacion).

El Error se determina mediante una de las siguientes ecuaciones:

Error (x„y„2„t2) = (3a)

>-£(50^)zj(ao^; (3b)

La fuerza efectiva Fapucada que se aplica al objeto en las coordenadas de tiempo tz y espacio xz yz, zz se determina segun la siguiente funcion de fuerza general:

FaPiica<ia(x2,y2,z2,t2) = f {Error (x2,y2,z2,t2),CF,CF2,SC, VC,FC,SF}; (4)

en la que f es una funcion de CFi y CF2, que son coeficientes destinados a desactivar las fuerzas de inercia y de friccion; SC, VC, y FC son los coeficientes de correccion de espacio, velocidad y fuerzas, respectivamente, destinados a corregir errores en el conjunto de monitorizacion o la influencia mutua del conjunto de monitorizacion y la propia interfaz, o la compensacion de datos espedficos del objeto, tales como el peso y las dimensiones; SF define una fuerza de lfmite superior de seguridad que se aplica y usa para consideraciones de seguridad, para evitar danos al objeto durante el penodo de conexion a la interfaz y, en particular, cuando se aplica la fuerza efectiva (por ejemplo, la prevencion de rotura de la extremidad). Los coeficientes CFi, CFz SC, VC, FC y SF se determinan segun dichos parametros del objeto, tales como la velocidad, el sexo, la edad, las dimensiones y el peso. Debe indicarse que todos estos coeficientes se expresan en unidades de fuerza.

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La fuerza efectiva que se aplica es preferentemente una de las siguientes:

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en la que ki es positivo, k2-k4 son factores positivos o negativos, todos ellos basados en, respectivamente, la aceleracion del objeto, la posicion actual del objeto, la velocidad del objeto y las fuerzas de friccion; vm y Vc son, respectivamente, la velocidad correcta y actual del objeto en las coordenadas de tiempo t2 y espacio xz yz Z2; fm y fc son, respectivamente, las fuerzas medida y corregida; SF es el valor de seguridad, en la unidad de fuerza (si la fuerza efectiva es mayor que SF es probable que el objeto se vea perjudicado por la interfaz).

Los factores k pueden determinarse de diversas maneras. Por ejemplo, se determinan en procedimientos iterativos; se corrigen basados en la informacion detectada, desde el primer ciclo de monitorizacion hasta el siguiente. Segun otro

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ejemplo, el factor k pertenece a la formula

en la que p es constante, c es constante y a es

el movimiento medido del objeto.

La unidad de control, que es una unidad independiente o una parte del sistema 10, genera continuamente la senal de operacion a fin de operar el conjunto de aplicacion de fuerza. La senal se cambia segun el resultado del calculo de las ecuaciones anteriores.

La unidad de control puede que no genere dicha senal de operacion, a menos que se cumpla una determinada condicion. Una condicion ejemplar puede ser que el Error esta por encima de un valor predeterminado. El propio umbral puede ser una constante, dependiente del tiempo, o el resultado de un algoritmo de red neuronal.

Por tanto, la fuerza efectiva Fapcada es el valor mmimo entre el coeficiente de consideracion de seguridad SF y la expresion de fuerza anterior (5): a fin de prevenir danos al objeto, la fuerza aplicada debena limitarse, lo que se hace siempre imponiendo una fuerza maxima que se aplica, es decir, la funcion min. El primer termino de la ecuacion (5), -kix[a(x2,y2,Z2,t2)-b(x2,y2,Z2), es el que se considera importante en la determinacion de la fuerza efectiva Fapucada. Este termino esta destinado a aumentar el valor de error y, por consiguiente, la fuerza aplicada. Como resultado, se aumenta la diferencia entre el movimiento medido del objeto y su movimiento correcto. Este primer termino se precede con (-) en la ecuacion (5) a fin de hacer hincapie en que cuando se aplica a la aceleracion correcta bfeyzzz), la aceleracion total (es decir, la fuerza efectiva) por la que se mueven los objetos es mayor que el caso en que no se precede con el signo (-). El resto de los terminos de la ecuacion (5) pueden ser de orden superior o eliminarse en diversos casos.

La fuerza efectiva puede calcularse con un algoritmo de red neuronal teniendo en cuenta los datos espedficos del objeto, tales como su caractenstica de trastorno de movimiento (por ejemplo, si este es un paciente espastico), su peso, edad y sexo.

Ahora se hace referencia a las Figuras 5A-5E y 6A-6E que ilustran algunos ejemplos mas del sistema de mejora de movimiento de la presente invencion.

La Figura 5A muestra un sistema 10 que tiene un conjunto 12de monitorizacion, un conjunto 14de aplicacion de fuerza y una unidad 16de control. El conjunto 14 de aplicacion de fuerza incluye una unidad 50 hidraulica o neumatica. La unidad 50 incluye un piston 52movil dentro de un cilindro 54 operado mediante un lfquido o aire bombeado por un motor (no mostrado) que se regula mediante una o mas valvulas 56A y 56B. Las valvulas 56A y 56B se operan mediante un motor adicional o solenoide (no mostrado). Los dos transductores de presion 58A y 58B se montan en dos lados del piston 52 y se destinan a medir la presion usada para evaluar las fuerzas entre una interfaz y el objeto.

El sistema 12 de monitorizacion incluye un codificador 150 lineal montado en la salida del piston 52 y operado para medir el movimiento del piston. Los datos monitorizados se procesan mediante la unidad 16 de control a fin de determinar el parametro de movimiento del objeto a traves del movimiento del piston 52.

Como se muestra en la Figura 5B, el piston 52 puede conectarse directamente a un mango 101 de practica que sujeta el paciente que practica un movimiento lineal que debe controlarse y, si es necesario, mejorarse. El mango 101 presenta un interfaz de "posibilitacion de movimiento".

Como se muestra en la Figura 5C, una disposicion de rueda se conecta al piston 52. La disposicion de rueda incluye la primera y segunda ruedas 105 y 107 montadas sobre un eje comun. La rueda 105 se monta sobre el piston 52. Un cable 109 que se extiende desde la rueda 107 hasta el mango 101 se proporciona sobre la circunferencia de la rueda 107. Un movimiento lineal del piston 52 efectua asf la rotacion de la rueda 105, que a su vez efectua la rotacion de la rueda 107 y, como resultado, efectua el movimiento del cable 109 conectado al mango 101 sujetado por el paciente

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que practica un movimiento lineal. Un codificador 111 se une a la rueda 105 para la medicion del movimiento de esta rueda.

La Figura 5D ejemplifica el uso de un conector 113 ngido (palo) entre la rueda 107 y el mango 101 (en lugar del cable 109 de la Figura 5C), a fin de practicar el movimiento rotativo.

En el ejemplo de la Figura 5E, la fuerza efectiva se transmite directamente a y se monitoriza a traves del movimiento de un conector 115 lineal ngido entre la rueda 107 y el mango 101 a la vez que controla un movimiento lineal practicado por un paciente.

La Figura 6A ilustra un sistema 10 que utiliza un conjunto 14 de aplicacion de fuerza con una unidad 60 de generacion de fuerza y una unidad 62 de transmision de fuerza que se conecta a un elemento 101 (conjunto de interfaz) manejado por un usuario a la vez que lleva a cabo un movimiento lineal. Los ejemplos de la unidad 60 de generacion de fuerza se muestran en las Figuras 6B-6D. La unidad 60 de generacion de fuerza se conecta a la unidad de transmision de fuerza a traves de un elemento 136 rotativo.

La unidad 62 de transmision de fuerza incluye un acoplamiento 64 de friccion que transmite el movimiento desde la unidad 60 de generacion de fuerza a una polea 66rotativa rodeada por un cable 68 de traccion conectado al mango 101. El acoplamiento 64 se compone de dos discos 64A y 64B, que estan enfrente entre sf mediante superficies de diseno identicas. El disco 64A se monta sobre el extremo distal del elemento136 rotativo, a la vez que se monta el disco 64B sobre la polea 66. El acoplamiento 64 (su disco 64B) se regula mediante un motor o solenoide 69 a traves de un husillo de torno (no mostrado) que efectua el movimiento de un lado del acoplamiento 64 (el disco 64B) contra su segundo lado (disco 64A), aumentando o disminuyendo asf la friccion entre los discos 64A y 64B. Como resultado, se controla el movimiento de la polea 66. El conjunto de monitorizacion incluye un codificador 70 montado sobre la polea 66 para medir su desplazamiento. La unidad 60de generacion de fuerza y la unidad 62 de transmision de fuerza se operan mediante la unidad 16de control. Los datos generados mediante el codificador 70 se transmiten a la unidad de control.

Como se muestra en la Figura 6B, la unidad 60de generacion de fuerza incluye un muelle130 activo que afecta a un movimiento lineal. El movimiento lineal se transmite mediante un cable 132 a una polea 134 montada sobre el elemento 136. Por esto, la rotacion de la polea 134 se transfiere al elemento 136 y, por consiguiente, al disco 64A, que entra en contacto con el disco 64B iniciado por el movimiento del mango 101, es decir, por el usuario, o por el motor 69, es decir, por la unidad de control.

Segun el ejemplo de la Figura 6C, la unidad de generacion 60 de fuerza es un motor activo que rota directamente el elemento 136.

En el ejemplo de la Figura 6D, la unidad 60 de generacion de fuerza es generalmente similar a la de la Figura 6B pero se distingue de la misma porque en lugar de usar un muelle 130 activo (en la Figura 6B), una polea 144 se usa estando cargada con una masa 142 a traves de un cable132 de traccion.

Como se muestra en la Figura 6E, la unidad 62 de transmision de fuerza puede componerse de un engranaje continuo. Esto se implementa usando una primera rueda 76Aconica conectada a la unidad 60 de generacion de fuerza a traves del elemento 136 y se rota mediante esta pieza, una segunda rueda 76B conica, y una rueda 75de transmision ubicada entre las dos ruedas 76A y 76B. Cualquier rotacion de la rueda 76A conica provocara asf la rotacion de la rueda 75 de transmision que, a su vez, rotara la segunda rueda 76Bconica. La segunda rueda 76B conica rota la polea 66 y el cable 68, tal como se describe anteriormente con referencia a la Figura 6A. Un mecanismo mediante el que se determina y efectua la proporcion de transferencia de fuerza entre las ruedas 76A y 76B conicas utiliza un motor 73adicional que rota un husillo 74 de torno al que se une la rueda 75de transmision.

Como resultado, cualquier rotacion del husillo 74 de torno afecta al movimiento de la rueda 75 a lo largo del eje 78conductor. Debe indicarse que podna usarse un solenoide en lugar de usar el motor 73 y el husillo 74. Por lo tanto, se puede determinar la proporcion de transmision de fuerza mediante la ubicacion de la rueda 75 en una determinada posicion.

Debe entenderse que la presente invencion puede usarse ventajosamente en una maquina de mariposa o el sistema similar que incluye un levantamiento de peso de manera que ejerce un momento variable a lo largo de una palanca rotativa que cambia el momento debido a un cambio en el angulo entre la palanca y el eje de la fuerza de gravitacion. Dicha maquina de mariposa que utiliza la presente invencion incluye un conjunto a base de muelles configurado para ser desplazable entre sus posiciones plegada y extendida, con una fuerza de tension del muelle que disminuye durante el desplazamiento, en lugar de aumentarse como en la maquina convencional.

Los expertos en la tecnica apreciaran facilmente que se pueden aplicar diversas modificaciones y cambios a las realizaciones de la invencion, como se ha ejemplificado anteriormente, sin alejarse de su alcance definido en y por las reivindicaciones adjuntas. Los conjuntos de aplicacion de fuerza y de monitorizacion pueden ser de cualquier tipo adecuado conocido que permita, respectivamente, medir el movimiento actual de un objeto y aplicar una fuerza que afecte a este movimiento. La herramienta de procesamiento y analisis de datos puede ejecutar cualquier algoritmo adecuado que permita determinar una relacion entre el movimiento medido y el movimiento correcto, determinando asf un error en el movimiento medido, y permita determinar una fuerza efectiva optima que, cuando se aplique al objeto,

aumente el valor de error.

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REIVINDICACIONES

1. Una unidad de control para su uso en un sistema para la mejora del movimiento de un objeto, comprendiendo la unidad de control:

- una herramienta de entrada para recibir datos indicativos de movimiento medido del objeto;

- una herramienta de memoria para almacenar al menos los datos indicativos de movimiento correcto del objeto;

- una herramienta de procesamiento y analisis de datos preprogramada para analizar los datos recibidos indicativos del movimiento medido del objeto y generar una senal de operacion,

estando la unidad de control caracterizada porque dicho analisis de los datos indicativos del movimiento medido comprende determinar un error en el movimiento medido como una relacion entre dicho movimiento medido y dicho movimiento correcto y, tras identificar una determinada condicion del movimiento medido, generar la senal de operacion que corresponde a una fuerza efectiva, usandose dicha senal de operacion para la operacion de un conjunto de aplicacion de fuerza del sistema, teniendo dicha fuerza efectiva magnitud y direccion como una funcion de dicho error, de manera que dicha fuerza efectiva, cuando se aplique al objeto, aumente un valor de dicho error.
2. Un sistema (10) para su uso en la mejora del movimiento de un objeto, comprendiendo el sistema:

(a) un conjunto (12) de monitorizacion configurado y operable para monitorizar un movimiento del objeto y generar datos indicativos del movimiento medido;

(b) un conjunto (14) de aplicacion de fuerza configurado y operable para aplicar una fuerza al objeto; y

(c) la unidad (16) de control de la reivindicacion 1 configurada para la comunicacion con el conjunto de monitorizacion para recibir los datos indicativos del movimiento medido y para la comunicacion con el conjunto de aplicacion de fuerza para operar selectivamente dicho conjunto de aplicacion de fuerza mediante la senal de operacion que corresponde a la fuerza efectiva que tiene la magnitud y direccion de manera que la fuerza efectiva, cuando se aplique al objeto, aumente un valor de dicho error.
3. El sistema de la reivindicacion 2, que comprende un conjunto (35, 101, 135, 235, 335) de interfaz interconectado entre dicho conjunto (14) de aplicacion de fuerza y el objeto.
4. El sistema de la reivindicacion 2 o 3, en el que el conjunto (12) de monitorizacion esta configurado para medir variaciones de tiempo de una posicion del objeto.
5. El sistema de la reivindicacion 4, en el que el conjunto (12) de monitorizacion comprende al menos uno de los siguientes: tacometro, acelerometro, potenciometro, resolucionador, codificador (36A, 36B. 70, 111, 150) y sistema de formacion de imagenes.
6. El sistema de la reivindicacion 2 o 3, en el que el conjunto (12) de monitorizacion esta configurado para medir una variacion de tiempo de una fuerza o presion.
7. El sistema de la reivindicacion 6, en el que el conjunto (12) de monitorizacion comprende al menos uno de los siguientes: un extensometro, una celula (44A, 44B) de carga y un sensor de presion.
8. El sistema de la reivindicacion 2 o 3, en el que el conjunto (12) de monitorizacion comprende al menos un sensor de presion que opera para detectar la presion entre el conjunto de aplicacion de fuerza y el objeto.
9. El sistema de la reivindicacion 8, en el que los sensores de presion estan montados en planos perpendiculares entre sf y estan al mismo nivel vertical.
10. El sistema de la reivindicacion 8, en el que los sensores de presion incluyen celulas (44A, 44B) de carga.
11. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en el que dicho conjunto de interfaz esta configurado para sujetar el objeto cuyo movimiento debe mejorarse.
12. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en el que dicho conjunto (35, 101, 135, 235, 335) de interfaz esta configurado para no afectar sustancialmente a los datos indicativos del movimiento medido.
13. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en el que dicho conjunto (35, 101, 135, 235, 335) de interfaz esta configurado para aplicar un efecto conocido sobre los datos indicativos del movimiento medido, estando dicha herramienta (19) de procesamiento y analisis de datos preprogramada para tener en cuenta dicho efecto conocido a la vez que determina la relacion entre dicho movimiento medido y dicho movimiento correcto.
14. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en el que dicho conjunto (35, 101, 135, 235, 335) de interfaz esta configurado para ser operable en el primer y segundo modos, cuando opera con el primer modo, el conjunto de interfaz afecta al movimiento del objeto y, cuando opera con el segundo modo, el conjunto de interfaz sigue el movimiento del objeto.
15. El sistema de la reivindicacion 14, en el que el conjunto de interfaz esta configurado y es operable para permitir que

el objeto conduzca el movimiento.
16. El sistema de la reivindicacion 14, en el que el conjunto de interfaz esta configurado y es operable para transferir fuerzas entre el objeto, cuyo movimiento debe mejorarse, y un segundo objeto.
17. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 16, que comprende una disposicion de direccion de 5 movimiento que presenta instrucciones de movimiento a un usuario, cuyo movimiento debe mejorarse.
18. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 17, en el que dicha relacion se determina como una diferencia entre dicho movimiento correcto y dicho movimiento medido.
19. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 17, en el que dicha relacion se determina como una proporcion entre dicho movimiento correcto y dicho movimiento medido.

10 20. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 19, en el que dicha fuerza efectiva es solo una fuerza

resistiva.