IT202100009095A1 - WEARABLE DEVICE FOR PHYSICAL REHABILITATION AND METHOD FOR ITS CONTROL - Google Patents
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Description
Descrizione dell'Invenzione Industriale dal titolo: Description of the Industrial Invention entitled:
?DISPOSITIVO INDOSSABILE PER RIABILITAZIONE FISICA E METODO PER IL SUO CONTROLLO? ?WEARABLE DEVICE FOR PHYSICAL REHABILITATION AND METHOD FOR ITS CONTROL?
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo indossabile per la riabilitazione fisica e ad un metodo per il controllo di detto dispositivo; in particolare, per la riabilitazione fisica di un soggetto che ha subito un trauma osseo o neurologico. The present invention refers to a wearable device for physical rehabilitation and to a method for controlling said device; in particular, for the physical rehabilitation of a person who has suffered bone or neurological trauma.
Come ? noto, il percorso riabilitativo di un soggetto che ha subito una lesione all?articolazione della spalla inizia con una mobilizzazione passiva dell'arto superiore, durante la quale il paziente ? totalmente passivo e mosso da uno o pi? terapisti lungo traiettorie specifiche ( ?Three upper limb robot devices after stroke rehabilitation: a review and clinical perspective,? in Neuro Rehabilitation, vol 33, pp. 3-11, 2013). Dopo questa fase, si procede con la mobilizzazione attiva assistita, in cui il paziente ? in grado di muovere attivamente la propria articolazione e viene invitato a svolgere attivit? simulate della vita quotidiana (la cosiddetta ?terapia occupazionale?). As ? Known, the rehabilitation process of a person who has suffered a shoulder joint injury begins with a passive mobilization of the upper limb, during which the patient? totally passive and driven by one or more? therapists along specific trajectories (?Three upper limb robot devices after stroke rehabilitation: a review and clinical perspective,? in Neuro Rehabilitation, vol 33, pp. 3-11, 2013). After this phase, we proceed with assisted active mobilization, in which the patient is able to actively move his joint and is invited to carry out activities? simulations of daily life (the so-called ?occupational therapy?).
Nella riabilitazione convenzionale, al terapista sono richieste sia le mobilizzazioni passive che quelle assistive del paziente e, quindi, il terapista deve svolgere compiti intensivi e ripetitivi utilizzando la propria forza fisica. In conventional rehabilitation, both passive and assistive mobilizations of the patient are required of the therapist and, therefore, the therapist must perform intensive and repetitive tasks using their own physical strength.
Gli esoscheletri robotici per la riabilitazione degli arti superiori possono sollevare i terapisti dall'intervento manuale, offrendo una mobilizzazione intensa, ripetitiva e di lunga durata, con notevoli vantaggi ed effetti dal punto di vista riabilitativo, come il miglioramento dell'escursione articolare, della circolazione sanguigna, del nutrimento e del rimodellamento dei tessuti, e altro. Robotic exoskeletons for upper limb rehabilitation can relieve therapists from manual intervention, offering intense, repetitive and long-lasting mobilization, with significant benefits and effects from a rehabilitation point of view, such as improvement of joint excursion, circulation blood flow, nourishment and tissue remodeling, and more.
I ricercatori hanno sviluppato esoscheletri robotici con diversi tipi di cinematica, attuazione e controllo, in grado di eseguire mobilizzazioni passive e assistite ( Researchers developed robotic exoskeletons with different types of kinematics, actuation and control, capable of performing passive and assisted mobilizations (
?Transfer of scientific concept on clinical practice: recent robot assisted training studies,? in Functional Neurology, vol. 25, pp. 173-177, 2009). Tuttavia, ci sono ancora alcuni limiti dal punto di vista dell?efficacia clinica, in quanto la mobilizzazione attiva ? limitata a semplici esercizi poich? i dispositivi esistenti richiedono che il paziente rimanga in una posizione fissa, tipicamente seduta ( ?Transfer of scientific concept on clinical practice: recent robot assisted training studies,? in Functional Neurology, vol. 25, pp. 173-177, 2009). However, there are still some limitations from the point of view of clinical efficacy, as active mobilization is ? limited to simple exercises since? existing devices require the patient to remain in a fixed position, typically sitting (
?Feasibility and safety of shared EEG/EOG and vision-guided autonomous whole-arm exoskeleton control to perform activities of daily living,? in Scientific Report, vol. 8, n. 10823, 2018). Quest'ultimo ? un vincolo considerevole alla terapia occupazionale; infatti, la simulazione delle attivit? della vita quotidiana ? drammaticamente limitata ed ? ancora lontana dal rappresentare uno scenario di vita reale, in quanto gli esoscheletri commerciali non sono destinati ad essere mobili. Inoltre, si evidenzia che, a causa della complessit? del complesso della spalla, non ? disponibile ad oggi un modello cinematico unico per l'arto superiore allo stato dell?arte della biomeccanica. Pi? nel dettaglio, il complesso della spalla (vedere la fig. 1) ? costituito dall'articolazione gleno-omerale GH e dal cingolo scapolare, dove quest?ultimo comprende le articolazioni sterno-clavicolare, acromion-clavicolare e scapolo-toracica ST. Queste articolazioni sono assimilabili a dei giunti che formano una catena cinematica chiusa e che, quindi, non possono muoversi indipendentemente, ad esempio lo spostamento dell'omero porta al movimento del cingolo scapolare. Il cosiddetto ritmo scapolo-omerale ? l'interazione cinematica tra l'omero e la scapola, il cui accoppiamento cambia con i compiti da svolgere, piani di elevazione e angoli; inoltre, cambia anche in base al soggetto osservato ( ?Feasibility and safety of shared EEG/EOG and vision-guided autonomous whole-arm exoskeleton control to perform activities of daily living,? in Scientific Report, Vol. 8, no. 10823, 2018). The latter ? a considerable constraint on occupational therapy; in fact, the simulation of the activities? of daily life? dramatically limited and ? still far from representing a real-life scenario, as commercial exoskeletons are not intended to be mobile. Furthermore, it should be noted that, due to the complexity of the shoulder complex, right? available today a unique kinematic model for the upper limb at the state of the art of biomechanics. Pi? in detail, the shoulder complex (see fig. 1) ? made up of the glenohumeral joint GH and the shoulder girdle, where the latter includes the sternoclavicular, acromioclavicular and scapulothoracic joints ST. These joints are similar to joints which form a closed kinematic chain and which, therefore, cannot move independently, for example the displacement of the humerus leads to the movement of the shoulder girdle. The so-called scapulohumeral rhythm? the kinematic interaction between the humerus and the scapula, the coupling of which changes with the tasks to be performed, planes of elevation and angles; moreover, it also changes according to the observed subject (
?Preliminary results of online classification of upper limb motions from around-shoulder muscle activities,? in IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR), pp. 1-6, 2011). Ad esempio, come mostrato nella fig. 2, nella prima fase dell'abduzione (da 0? a 30?), il movimento si compie principalmente a livello dell'articolazione GH, mentre un'abduzione di 180? pu? essere ottenuta attraverso una rotazione di circa 120? dell?articolazione GH e 60? di rotazione dell?articolazione ST, quindi con un rapporto di 2:1. ?Preliminary results of online classification of upper limb motions from around-shoulder muscle activities,? in IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR), pp. 1-6, 2011). For example, as shown in FIG. 2, in the first phase of abduction (from 0? to 30?), the movement takes place mainly at the level of the GH joint, while an abduction of 180? can? be obtained through a rotation of about 120? of the joint GH and 60? of rotation of the ST joint, therefore with a ratio of 2:1.
Nella pubblicazione di domanda di brevetto americana US 2016/0206497 A1 a nome si descrive un esoscheletro che non vincola la mobilit? di una persona in un ambiente, ma che per? non permette un efficace recupero della funzionalit? motoria a persone che hanno subito un trauma all?articolazione della spalla; infatti, la configurazione della catena cinematica di questo esoscheletro impedisce di riprodurre i naturali movimenti della spalla, riducendo cos? la sua utilit? terapeutica per questo tipo di traumi. In the American patent application publication US 2016/0206497 A1 in the name an exoskeleton is described which does not restrict the mobility? of a person in an environment, but what for? does it not allow an effective recovery of the functionality? motor skills in people who have suffered a trauma to the shoulder joint; in fact, the configuration of the kinematic chain of this exoskeleton prevents you from reproducing the natural movements of the shoulder, thus reducing? its usefulness? therapy for this type of trauma.
La presente invenzione si propone di risolvere questi ed altri problemi mettendo a disposizione un dispositivo indossabile per riabilitazione fisica. The present invention proposes to solve these and other problems by providing a wearable device for physical rehabilitation.
Inoltre, la presente invenzione si propone di risolvere questi ed altri problemi mettendo a disposizione anche un metodo per il controllo di detto dispositivo indossabile per riabilitazione fisica. Furthermore, the present invention proposes to solve these and other problems by also making available a method for controlling said wearable device for physical rehabilitation.
L?idea alla base della presente invenzione ? di utilizzare un dispositivo indossabile per riabilitazione (come ad esempio un esoscheletro) avente una catena cinematica comprendente almeno cinque elementi di connessione (noti anche con il termine di ?bracci? o ?link?) e almeno quattro giunti rotazionali (noti anche con il termine di ?rotational joint?) che collegano tra loro gli elementi di connessione in maniera sequenziale, dove il primo ed il quinto elemento di connessione sono rispettivamente sagomati per accoppiarsi ad una porzione di schiena e ad un braccio di una persona, e dove i giunti rotoidali sono posizionati nel seguente modo: The idea behind the present invention ? to use a wearable device for rehabilitation (such as an exoskeleton) having a kinematic chain comprising at least five connecting elements (also known by the term ?arms? or ?link?) and at least four rotational joints (also known by the term of ?rotational joint?) which connect the connection elements together in a sequential manner, where the first and the fifth connection element are respectively shaped to couple to a portion of the back and to an arm of a person, and where the revolving joints are positioned as follows:
? il primo giunto rotazionale ha un asse di rotazione sostanzialmente parallelo ad un?asse longitudinale del primo elemento di connessione e ad un?asse longitudinale del secondo elemento di connessione; ? the first rotational joint has an axis of rotation substantially parallel to a longitudinal axis of the first connection element and to a longitudinal axis of the second connection element;
? il secondo giunto rotazionale ha un asse di rotazione sostanzialmente ortogonale all?asse di rotazione di detto primo giunto rotazionale; ? the second rotational joint has a rotation axis substantially orthogonal to the rotation axis of said first rotational joint;
? il terzo giunto rotazionale ha un asse di rotazione sostanzialmente ortogonale all?asse di rotazione del secondo giunto rotazionale e sostanzialmente parallelo ad un?asse longitudinale del quarto elemento di connessione; ? the third rotational joint has a rotation axis substantially orthogonal to the rotation axis of the second rotational joint and substantially parallel to a longitudinal axis of the fourth connection element;
? il quarto giunto rotazionale ha un asse di rotazione sostanzialmente ortogonale all?asse di rotazione del terzo giunto rotazionale e ad un?asse longitudinale del quinto elemento di connessione. ? the fourth rotational joint has a rotation axis substantially orthogonal to the rotation axis of the third rotational joint and to a longitudinal axis of the fifth connection element.
Questa configurazione degli elementi di connessione e dei giunti permette di far assumere a detto dispositivo una configurazione di riposo in cui gli assi longitudinali del primo e del quinto elemento sono paralleli tra loro e, quindi, il dispositivo secondo l?invenzione assume una forma ad ?U rovesciata?, permettendo di vantaggiosamente facilitare l?accoppiamento del dispositivo secondo l?invenzione al corpo di una persona quando si trova in posizione eretta con l?arto superiore (che deve subire un trattamento riabilitativo) disteso lungo il fianco. Si evidenzia, infatti, che detto dispositivo pu? essere adattato alle dimensioni del corpo di una persona semplicemente variando la lunghezza del solo terzo elemento di connessione (ad esempio sostituendo detto terzo elemento di connessione oppure variandone la lunghezza nei modi che verranno meglio descritti in seguito), prima di accoppiare il primo elemento di connessione alla schiena di detta persona ed il quinto elemento al braccio di detta persona. This configuration of the connection elements and joints allows said device to assume a rest configuration in which the longitudinal axes of the first and fifth element are parallel to each other and, therefore, the device according to the invention assumes a ? inverted U?, allowing advantageously to facilitate coupling of the device according to the invention to the body of a person when he is in an upright position with the upper limb (which must undergo rehabilitation treatment) stretched along his side. It is highlighted, in fact, that said device can? be adapted to the size of a person's body simply by varying the length of the third connection element only (for example by replacing said third connection element or varying its length in the ways that will be better described hereinafter), before coupling the first connection element to said person's back and the fifth element to said person's arm.
La possibilit? di utilizzare il dispositivo in posizione eretta, unitamente ad opportuni metodi di controllo dello stesso che verranno descritti nel seguito di questa descrizione, pu? permettere al paziente di eseguire diversi esercizi derivati dalla terapia occupazionale in maniera almeno in parte automatizzata. Inoltre, la configurazione degli elementi di connessione e dei giunti del dispositivo secondo l?invenzione consente, quando il dispositivo ? accoppiato al corpo di una persona, di mantenere la maggior parte dei componenti del dispositivo al di fuori del normale campo visivo del soggetto, permettendogli cos? di concentrarsi meglio nello svolgimento della terapia occupazionale. The possibility? to use the device in an upright position, together with suitable control methods of the same which will be described in the continuation of this description, can? allow the patient to perform various exercises derived from occupational therapy in an at least partially automated manner. Furthermore, the configuration of the connection elements and of the joints of the device according to the invention allows, when the device is coupled to a person's body, to keep most of the device's components out of the subject's normal field of vision, thus allowing them to to concentrate better in carrying out occupational therapy.
Ulteriori caratteristiche vantaggiose della presente invenzione sono oggetto delle allegate rivendicazioni. Further advantageous characteristics of the present invention are the subject of the attached claims.
Queste caratteristiche ed ulteriori vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione di una sua forma di attuazione mostrata nei disegni annessi, forniti a puro titolo esemplificativo e non limitativo, in cui: ? fig. 1 illustra un dettaglio uno scheletro umano che rappresenta una spalla; These characteristics and further advantages of the present invention will become clearer from the description of an embodiment thereof shown in the attached drawings, provided purely by way of non-limiting example, in which: ? fig. 1 illustrates in detail a human skeleton representing a shoulder;
? fig. 2 illustra un ritmo scapolo-omerale di una spalla di un essere umano; ? fig. 2 illustrates a scapulohumeral rhythm of a human shoulder;
? fig. 3 illustra un dispositivo indossabile per riabilitazione fisica secondo l?invenzione in una condizione operativa; ? fig. 4 illustra una rappresentazione di movimenti consentiti dal dispositivo di fig. 3; ? fig. 3 illustrates a wearable device for physical rehabilitation according to the invention in an operative condition; ? fig. 4 shows a representation of movements allowed by the device of fig. 3;
? fig. 5 illustra schematicamente una catena cinematica compresa nel dispositivo di fig. 3. ? fig. 5 schematically shows a kinematic chain included in the device of fig. 3.
Il riferimento ad "una forma di attuazione" all'interno di questa descrizione sta ad indicare che una particolare configurazione, struttura o caratteristica ? compresa in almeno una forma di attuazione dell'invenzione. Quindi, i termini "in una forma di attuazione" e simili, presenti in diverse parti all'interno di questa descrizione, non sono necessariamente tutti riferiti alla stessa forma di attuazione. Inoltre, le particolari configurazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in ogni modo adeguato in una o pi? forme di attuazione. I riferimenti utilizzati nel seguito sono soltanto per comodit? e non limitano l'ambito di tutela o la portata delle forme di attuazione. Reference to "an embodiment" within this specification means that a particular configuration, structure, or feature is comprised in at least one embodiment of the invention. Thus, the terms "in one embodiment" and the like, found in different parts of this specification, do not necessarily all refer to the same embodiment. Furthermore, the particular configurations, structures or characteristics may be combined in any suitable way in one or more? forms of implementation. References used below are for convenience only. and they do not limit the scope or scope of the implementations.
Con riferimento a fig. 3, verr? ora descritto un dispositivo indossabile 1 per riabilitazione (come ad esempio un esoscheletro) secondo l?invenzione che comprende un primo elemento di connessione E1, un secondo elemento di connessione E2, un terzo elemento di connessione E3, un quarto elemento di connessione E4 ed un quinto elemento di connessione E5, dove ciascuno di detti elementi di connessione E1-E5 ha una forma allungata (ad esempio cilindrica, prismatica o di altro tipo), ossia ha un asse longitudinale che lo attraversa per tutta la sua lunghezza. With reference to fig. 3, will come now described a wearable device 1 for rehabilitation (such as an exoskeleton) according to the invention which comprises a first connection element E1, a second connection element E2, a third connection element E3, a fourth connection element E4 and a fifth connection element E5, where each of said connection elements E1-E5 has an elongated shape (for example cylindrical, prismatic or of another type), ie it has a longitudinal axis which crosses it along its entire length.
Il primo elemento di connessione E1 ? sagomato in modo da poter essere vincolato ad una porzione di schiena di una persona P (a cui si far? riferimento anche con il termine di ?paziente?), ad esempio mediante una striscia di tessuto comprendente due porzioni di velcro che le permettono, una volta avvolta attorno alla vita del paziente P, di essere vincolata stabilmente alla schiena di detto paziente P, cos? da scaricare vantaggiosamente buona parte del peso del dispositivo 1 nella parte bassa della colonna vertebrale, ossia nei pressi del baricentro corporeo, in modo da non alterare la postura del paziente quando indossa il dispositivo 1. The first connection element E1 ? shaped so as to be bound to a portion of the back of a person P (to whom reference will also be made with the term ?patient?), for example by means of a strip of fabric comprising two Velcro portions which allow it, one once wrapped around the waist of the patient P, to be firmly bound to the back of said patient P, so? to advantageously unload a large part of the weight of the device 1 in the lower part of the spine, i.e. near the body's center of gravity, so as not to alter the patient's posture when wearing the device 1.
Il quinto elemento di connessione E5 ? invece sagomato in modo da poter essere vincolato ad una porzione di un braccio del paziente P, ad esempio mediante una fascia di tessuto elastico o del velcro, cos? che il dispositivo 1 possa esercitare forza sull?arto superiore della persona in modo da metterlo in movimento. The fifth connection element E5 ? instead shaped so as to be constrained to a portion of an arm of the patient P, for example by means of a band of elastic fabric or Velcro, so? that the device 1 can exert force on the upper limb of the person so as to set it in motion.
Inoltre, detto dispositivo 1 comprende anche i seguenti elementi: Furthermore, said device 1 also comprises the following elements:
? un primo giunto rotazionale q1 che congiunge tra loro il primo E1 ed il secondo elemento di connessione E2, e che ha un asse di rotazione sostanzialmente parallelo ad un?asse longitudinale di detto primo elemento di connessione E1 ed ad un?asse longitudinale di detto secondo elemento di connessione E2; ? a first rotational joint q1 which joins together the first E1 and the second connection element E2, and which has a rotation axis substantially parallel to a longitudinal axis of said first connection element E1 and to a longitudinal axis of said second connection element E2;
? un secondo giunto rotazionale q2 che congiunge tra loro il secondo E2 ed il terzo elemento di connessione E3, e che ha un asse di rotazione ortogonale all?asse di rotazione di detto primo giunto rotazionale q1; ? a second rotational joint q2 which joins together the second E2 and the third connection element E3, and which has a rotation axis orthogonal to the rotation axis of said first rotational joint q1;
? un terzo giunto rotazionale q3 che congiunge tra loro il terzo E3 ed il quarto elemento di connessione E4, e che ha un asse di rotazione ortogonale all?asse di rotazione del secondo giunto rotazionale q2 e sostanzialmente parallelo ad un?asse longitudinale del quarto elemento di connessione E4; ? a third rotational joint q3 which joins together the third E3 and the fourth connection element E4, and which has a rotation axis orthogonal to the rotation axis of the second rotational joint q2 and substantially parallel to a longitudinal axis of the fourth connection element E4 connection;
? un quarto giunto rotazionale q4 che congiunge tra loro il quarto E4 ed il quinto elemento di connessione E5, e che ha un asse di rotazione ortogonale all?asse di rotazione del terzo giunto rotazionale q3 e anche ad un?asse longitudinale del quinto elemento di connessione E5. ? a fourth rotational joint q4 which joins together the fourth E4 and the fifth connection element E5, and which has a rotation axis orthogonal to the rotation axis of the third rotational joint q3 and also to a longitudinal axis of the fifth connection element E5.
Ciascuno di detti giunti rotazionali q1-q4 comprende preferibilmente un attuatore elettrico che comprende un motore elettrico a magneti permanenti o induzione, un encoder (del tipo assoluto o relativo) che genera un segnale di posizionamento, ed un microcontrollore configurato per azionare il motore sulla base di una posizione angolare di riferimento e del segnale di posizionamento generato da detto encoder, in modo che detto giunto raggiunga una posizione angolare pari alla posizione angolare di riferimento. Each of said rotational joints q1-q4 preferably comprises an electric actuator comprising a permanent magnet or induction electric motor, an encoder (of the absolute or relative type) which generates a positioning signal, and a microcontroller configured to operate the motor on the basis of a reference angular position and of the positioning signal generated by said encoder, so that said joint reaches an angular position equal to the reference angular position.
Si evidenzia che la posizione angolare di riferimento ? preferibilmente codificata in un segnale modulato in modulazione di larghezza d'impulso (pulse-width modulation PWM) o altro protocollo, dove detto segnale ? trasmesso a detto microcontrollore da un?unit? di controllo che verr? meglio descritta nel seguito. It is highlighted that the reference angular position ? preferably encoded in a pulse-width modulation PWM signal or other protocol, where said signal ? transmitted to said microcontroller from a?unit? of control that will come? better described below.
Quando detto dispositivo 1 ? in una condizione di funzionamento, il primo elemento di connessione E1 ? vincolato ad una porzione della schiena del paziente e, quindi, il primo giunto q1 ha l?asse di rotazione sostanzialmente parallelo all?asse longitudinale del corpo di detto paziente P, mentre il quinto elemento di connessione E5 ? vincolato al braccio (di detto paziente P) che deve essere mosso dal dispositivo 1. When said device 1 ? in an operating condition, the first connection element E1 ? constrained to a portion of the patient's back and, therefore, the first joint q1 has the axis of rotation substantially parallel to the longitudinal axis of the body of said patient P, while the fifth connection element E5 ? bound to the arm (of said patient P) which must be moved by device 1.
Questo permette al dispositivo 1 di far compiere dei movimenti al paziente, senza bisogno di un intervento continuo da parte di un terapista, che pu?, quindi, limitarsi ad aiutare il paziente ad indossare il dispositivo 1 e successivamente sorvegliare la sessione di riabilitazione, intervenendo solo in caso di necessit?. This allows the device 1 to make the patient perform movements, without the need for continuous intervention by a therapist, who can therefore limit himself to helping the patient to wear the device 1 and subsequently supervise the rehabilitation session, intervening only in case of need?.
In questo modo, ? possibile automatizzare almeno parte dell?attivit? di riabilitazione e della terapia occupazionale, dando possibilit? al paziente di essere in posizione eretta e di muoversi liberamente nello spazio durante la terapia. In this way, ? is it possible to automate at least part of the activity? rehabilitation and occupational therapy, giving the possibility? the patient to be in an upright position and to move freely in the space during the therapy.
Come gi? accennato in precedenza, la configurazione dei giunti q1-q4 e degli elementi di connessione E1-E5 permette di far assumere a detto dispositivo 1 una configurazione di riposo in cui gli assi longitudinali del primo e del quinto elemento sono sostanzialmente paralleli tra loro e, quindi, il dispositivo secondo l?invenzione assume una forma ad ?U rovesciata?, permettendo di vantaggiosamente facilitare l?accoppiamento del dispositivo 1 al corpo del paziente che si trova in posizione eretta, con l?arto superiore (che deve essere trattato) disteso lungo il fianco. In questa posizione, il dispositivo 1 pu? essere vantaggiosamente adattato alle dimensioni del corpo del paziente sostituendo il terzo elemento di connessione con uno di lunghezza differente. How already? previously mentioned, the configuration of the joints q1-q4 and of the connection elements E1-E5 allows said device 1 to assume a rest configuration in which the longitudinal axes of the first and of the fifth element are substantially parallel to each other and, therefore , the device according to the invention assumes an ?upturned U? shape, allowing to advantageously facilitate coupling of the device 1 to the patient?s body who is in an upright position, with the upper limb (to be treated) extended along the side. In this position, device 1 can? be advantageously adapted to the size of the patient's body by replacing the third connection element with one of a different length.
In alternativa a quanto appena sopra descritto, il terzo elemento di connessione E3 pu? essere di tipo a lunghezza variabile, cos? da permettere al terapista di vantaggiosamente adattare (manualmente o automaticamente) la lunghezza del terzo elemento di connessione alle dimensioni del paziente; infatti, la lunghezza dell?elemento di connessione E3 ? funzione della distanza tra l?asse longitudinale del corpo del paziente e l?asse longitudinale di un braccio in posizione distesa lungo il fianco. Pi? nel dettaglio, il terzo elemento di connessione E3 pu? comprendere un giunto traslatorio, come ad esempio un giunto prismatico. Questo giunto traslatorio pu? essere attuato manualmente, ad esempio svitando e avvitando una vite di fermo e facendo scorrere detto giunto, oppure automaticamente, ad esempio mediante un attuatore, preferibilmente di tipo elettrico, idraulico o altro, controllato dall?unit? di controllo. As an alternative to what has just been described above, the third connection element E3 can be of type variable length, cos? to allow the therapist to advantageously adapt (manually or automatically) the length of the third connecting element to the size of the patient; in fact, the length of the connection element E3 ? function of the distance between the longitudinal axis of the patient's body and the longitudinal axis of an arm lying along the side. Pi? in detail, the third connection element E3 can? include a translational joint, such as a prismatic joint. This translational joint can be actuated manually, for example by unscrewing and screwing in a set screw and making said joint slide, or automatically, for example by means of an actuator, preferably of an electric, hydraulic or other type, controlled by the unit? control.
Questo permette al dispositivo 1 di adattarsi alla perfezione al corpo di un paziente indipendentemente dalla sua corporatura, cos? che detto dispositivo 1 riesca a muovere l?arto superiore di un paziente in un modo prestabilito e soprattutto senza provocargli dolori o lesioni ai legamenti e alla muscolatura che potrebbero essere fortemente indebolite da un esteso periodo di inattivit?, come ad esempio avviene a seguito di un trauma osseo o neurologico di una certa importanza. This allows the device 1 to adapt perfectly to the body of a patient regardless of his build, so that said device 1 is able to move the upper limb of a patient in a pre-established way and above all without causing pain or injury to the ligaments and muscles which could be greatly weakened by an extended period of inactivity, as occurs for example following a bone or neurological trauma of a certain importance.
In questo modo, ? possibile automatizzare almeno parte dell?attivit? di riabilitazione e della terapia occupazionale, dando possibilit? al paziente di essere in posizione eretta e di muoversi liberamente nello spazio durante la terapia. In this way, ? is it possible to automate at least part of the activity? rehabilitation and occupational therapy, giving the possibility? the patient to be in an upright position and to move freely in the space during the therapy.
In combinazione o in alternativa a quanto sopra descritto, il dispositivo indossabile 1 preferibilmente comprende anche i seguenti elementi: In combination or as an alternative to what is described above, the wearable device 1 preferably also comprises the following elements:
? un sesto elemento di connessione E6 sagomato in modo da poter essere accoppiato ad un avambraccio del paziente P, e avente preferibilmente una forma allungata; ? a sixth connection element E6 shaped so as to be coupled to a forearm of the patient P, and preferably having an elongated shape;
? un quinto giunto rotazionale q5 che congiunge tra loro il quinto E5 ed il sesto elemento di connessione E6, e che ha preferibilmente un asse di rotazione sostanzialmente parallelo all?asse longitudinale del quinto elemento di connessione E5 ed ad un asse longitudinale del sesto elemento di connessione E6. ? a fifth rotational joint q5 which connects the fifth E5 and the sixth connection element E6 to each other, and which preferably has a rotation axis substantially parallel to the longitudinal axis of the fifth connection element E5 and to a longitudinal axis of the sixth connection element E6.
Questo permette al dispositivo 1 di far compiere dei movimenti anche all?avambraccio del paziente, senza bisogno di un intervento continuo da parte di un terapista, rendendo cos? pi? completa la terapia riabilitativa a cui ? sottoposto l?arto superiore del paziente. This allows the device 1 to also make the patient's forearm perform movements, without the need for continuous intervention by a therapist, thus making more complete the rehabilitation therapy to which ? subjected the patient's upper limb.
In questo modo, ? possibile automatizzare una parte ancora maggiore dell?attivit? di riabilitazione e della terapia occupazionale, dando possibilit? al paziente di essere in posizione eretta e di muoversi liberamente nello spazio durante la terapia. In this way, ? Is it possible to automate an even greater part of the activity? rehabilitation and occupational therapy, giving the possibility? the patient to be in an upright position and to move freely in the space during the therapy.
L?unit? di controllo pu? ad esempio essere costituta da un microcontrollore di tipo ESP32, ESP8266, o altro, e comprendere i seguenti elementi: The unit control can? for example be made up of a microcontroller of the type ESP32, ESP8266, or other, and include the following elements:
? mezzi di controllo e/o elaborazione (per brevit? detta anche CPU), come ad esempio una o pi? CPU e/o un microcontrollore e/o un FPGA e/o una CPLD e/o altro, che sono atti a consentire il controllo del dispositivo indossabile 1, preferibilmente in maniera programmabile, mediante l?esecuzione di apposite istruzioni; ? means of control and / or processing (for brevity? also called CPU), such as one or more? CPU and/or a microcontroller and/or an FPGA and/or a CPLD and/or other, which are able to allow control of the wearable device 1, preferably in a programmable manner, by executing suitable instructions;
? mezzi di memoria, come ad esempio una memoria ad accesso casuale RAM e/o una memoria di tipo Flash e/o di altro tipo, che sono in comunicazione di segnale con i mezzi di controllo e/o elaborazione, e dove in detti mezzi di memoria sono preferibilmente memorizzate almeno le istruzioni che implementano un metodo di controllo del dispositivo 1 secondo l?invenzione e che possono essere lette dai mezzi di controllo e/o elaborazione 11 quando il dispositivo indossabile 1 ? in una condizione di funzionamento; ? memory means, such as for example a RAM random access memory and/or a memory of the Flash type and/or of other types, which are in signal communication with the control and/or processing means, and where in said means of at least the instructions which implement a control method of the device 1 according to the invention and which can be read by the control and/or processing means 11 when the wearable device 1 is preferably stored, are stored in the memory. in a working condition;
? mezzi di ingresso e/o uscita (I/O) che sono in comunicazione con i giunti rotazionali q1-q4 ed eventualmente anche con il quinto giunto rotazionale q5 e/o con il giunto traslatorio compreso nel terzo elemento di connessione E3; inoltre, detti mezzi di ingresso/uscita possono ad esempio essere utilizzati per collegare detto dispositivo indossabile 1 ad un terminale di programmazione configurato per scrivere delle istruzioni (che la CPU 11 dovr? eseguire in seguito) nei mezzi di memoria e/o consentire la diagnosi di eventuali guasti di detto dispositivo indossabile 1; tali mezzi di ingresso/uscita possono ad esempio comprendere un adattatore USB, IEEE 1394, RS232, IEEE 1284, Ethernet, WiFi?, Bluetooth?, o altro; ? input and/or output means (I/O) which are in communication with the rotational joints q1-q4 and possibly also with the fifth rotational joint q5 and/or with the translational joint included in the third connection element E3; moreover, said input/output means can for example be used to connect said wearable device 1 to a programming terminal configured to write instructions (which the CPU 11 will have to execute later) in the memory means and/or allow the diagnosis of any failures of said wearable device 1; such input/output means can for example comprise a USB, IEEE 1394, RS232, IEEE 1284, Ethernet, WiFi?, Bluetooth?, or other adapter;
? mezzi di comunicazione, preferibilmente un'interfaccia che opera secondo uno degli standard della famiglia IEEE 802.3 (noto con in nome di Ethernet), IEEE 802.11 (noto con il nome di WiFi?) o 802.16 (noto con il nome di WiMax?), LTE? o altro, che permettono all?unit? di controllo del dispositivo indossabile 1 di comunicare con terminale mobile (come ad esempio uno smartphone), un tablet, un PC o altro; ? means of communication, preferably an interface that operates according to one of the standards of the family IEEE 802.3 (known as Ethernet), IEEE 802.11 (known as WiFi?) or 802.16 (known as WiMax?), LTE? or other, that allow the unit? for controlling the wearable device 1 to communicate with a mobile terminal (such as a smartphone), a tablet, a PC or the like;
? un bus di comunicazione che permette lo scambio di informazioni tra i mezzi di controllo e/o elaborazione, i mezzi di memoria, i mezzi di ingresso/uscita ed i mezzi di comunicazione. ? a communication bus which allows the exchange of information between the control and/or processing means, the memory means, the input/output means and the communication means.
In alternativa al bus di comunicazione, ? possibile collegare con un'architettura a stella i mezzi di controllo e/o elaborazione, i mezzi di memoria, i mezzi di ingresso/uscita ed i mezzi di comunicazione. As an alternative to the communication bus, ? It is possible to connect the control and/or processing means, the memory means, the input/output means and the communication means with a star architecture.
Il metodo di controllo del dispositivo 1 secondo l?invenzione comprende le seguenti fasi: The control method of the device 1 according to the invention comprises the following steps:
? una fase di lettura, in cui si acquisiscono, mediante i mezzi di ingresso, primi dati di posizione che definiscono per ciascun giunto rotazionale q1-q4, una posizione angolare in cui detto giunto si trova; ? a reading step, in which, by means of the input means, first position data are acquired which define for each rotational joint q1-q4, an angular position in which said joint is located;
? una fase di generazione, in cui si determinano, mediante i mezzi di controllo e/o elaborazione, secondi dati di posizione sulla base di detti primi dati di posizione e dati di terapia che definiscono una traiettoria che l?arto superiore del paziente deve compiere e/o un livello di assistenza che il dispositivo 1 deve fornire al paziente, dove detti secondi dati di posizione definiscono per ciascun giunto rotazionale q1-q4, una posizione angolare successiva alla posizione in cui detto giunto si trova; ? a generation step, in which, by means of the control and/or processing means, second position data are determined on the basis of said first position data and therapy data which define a trajectory that the patient's upper limb must follow and /o a level of assistance that the device 1 must provide to the patient, where said second position data define for each rotational joint q1-q4, an angular position subsequent to the position in which said joint is found;
? una fase di trasmissione, in cui si trasmettono, mediante i mezzi di uscita, i secondi dati di posizione ai giunti rotazionali q1-q4. ? a transmission step, in which the second position data is transmitted to the rotational joints q1-q4 by means of the output means.
Si evidenzia che il metodo di controllo sopra descritto ? eseguito dai mezzi di elaborazione e/o controllo in maniera ciclica, ed ? utile per azionare passivamente il braccio di un paziente, ossia di un paziente che, essendo all?inizio della propria terapia riabilitativa, non ha forza per muovere il suo braccio. It should be noted that the control method described above ? performed by the processing and/or control means in a cyclical manner, and ? useful for passively operating a patient's arm, i.e. a patient who, being at the beginning of his rehabilitation therapy, does not have the strength to move his arm.
In questo modo, ? possibile lo svolgimento dell?attivit? di riabilitazione in maniera automatica, dando possibilit? al paziente di essere in posizione eretta e di muoversi liberamente nello spazio durante la terapia. In this way, ? is it possible to carry out the activity? of rehabilitation in an automatic way, giving possibility? the patient to be in an upright position and to move freely in the space during the therapy.
In aggiunta a quanto sopra appena descritto, si nota che il metodo di controllo secondo l?invenzione pu? supportare anche pazienti in un pi? avanzato stadio di recupero, ossia quando il dispositivo indossabile 1 deve assistere un paziente in maniera non pi? completamente passiva. In addition to what has just been described above, it should be noted that the control method according to the invention can also support patients in a pi? advanced stage of recovery, i.e. when the wearable device 1 must assist a patient in a no longer? completely passive.
A tale scopo, nel corso della fase di lettura possono essere acquisiti, mediante i mezzi di ingresso, dati di movimento che definiscono per ciascun giunto rotazionale q1-q4, il suo stato di movimento, ossia la sua velocit? e/o accelerazione di rotazione, la coppia ad esso applicata o altro, e dove nel corso della fase di generazione, in cui si generano, mediante i mezzi di controllo e/o elaborazione, i secondi dati di posizione sulla base, oltre che dei primi dati di posizione, anche di detti dati di movimento. For this purpose, during the reading phase, movement data can be acquired by means of the input means which define, for each rotational joint q1-q4, its state of movement, i.e. its speed? and/or acceleration of rotation, the torque applied to it or other, and where during the generation phase, in which, by means of the control and/or processing means, the second position data on the base are generated, as well as the first position data, also of said movement data.
In questo modo, ? possibile automatizzare una parte ancora maggiore dell?attivit? di riabilitazione e della terapia occupazionale, dando possibilit? al paziente di muoversi liberamente nello spazio durante la terapia. In this way, ? Is it possible to automate an even greater part of the activity? rehabilitation and occupational therapy, giving the possibility? the patient to move freely in space during therapy.
Con riferimento anche a fig. 4, verranno ora descritti i movimenti che il dispositivo indossabile 1, quando ? in una condizione operativa, ? in grado di far compiere al paziente. Pi? nel dettaglio, il dispositivo 1 ? in grado di far compiere al braccio del paziente movimenti di abduzione/adduzione sul piano coronale (o frontale) del corpo di detto paziente P (vedere fig. 4(a)), e movimenti di flessione/estensione orizzontale sul piano trasversale, ad esempio quando il braccio del paziente si trova in posizione di abduzione a 90? (vedere fig. 4(b)). Questi movimenti possono essere compiuti singolarmente o in combinazione tra loro, cos? da ottenere la miglior combinazione possibile per il paziente. With reference also to fig. 4, the movements that the wearable device 1 will now be described, when ? in an operating condition, ? able to make the patient perform. Pi? in detail, the device 1 ? able to make the patient's arm perform abduction/adduction movements in the coronal (or frontal) plane of said patient's body P (see fig. 4(a)), and horizontal flexion/extension movements in the transversal plane, for example when the patient's arm is in the 90 abduction position? (see fig. 4(b)). These movements can be performed individually or in combination with each other, so to obtain the best possible combination for the patient.
Per fare questo, il terapista pu?, mediante un dispositivo di supervisione (come ad esempio un terminale mobile, un tablet, un PC, o altro), impostare o variare i dati di terapia che definiscono i movimenti (e la loro velocit?) che il dispositivo 1 deve far compiere al paziente; a tal scopo, il dispositivo indossabile 1 pu? essere configurato per ricevere i dati di terapia mediante i mezzi di comunicazione. To do this, the therapist can, using a supervisory device (such as a mobile terminal, a tablet, a PC, or other), set or vary the therapy data that define the movements (and their speed) that the device 1 must make the patient perform it; for this purpose, the wearable device 1 can? be configured to receive therapy data via communication media.
Con riferimento anche a fig. 5, quando il dispositivo 1 deve far compiere (passivamente o in maniera assistita) i movimenti di abduzione/adduzione al braccio del paziente partendo da una posizione distesa lungo il fianco di detto paziente, il secondo giunto rotazionale q2 ed il quarto giunto rotazionale q4 hanno vantaggiosamente i loro assi di rotazione sostanzialmente paralleli tra loro. With reference also to fig. 5, when the device 1 has to perform (passively or in an assisted manner) the abduction/adduction movements of the patient's arm starting from a position lying along the side of said patient, the second rotational joint q2 and the fourth rotational joint q4 have advantageously their axes of rotation are substantially parallel to each other.
In aggiunta a quanto descritto in precedenza, i mezzi di elaborazione e/o controllo sono preferibilmente configurati per generare (nel corso della fase di generazione) i secondi dati di posizione relativi al secondo giunto rotazionale q2 sulla base dei secondi dati di posizione relativi al quarto giunto rotazionale q4. In addition to what has been described above, the processing and/or control means are preferably configured to generate (during the generation phase) the second position data relating to the second rotational joint q2 on the basis of the second position data relating to the fourth rotational joint q4.
Pi? nel dettaglio, i mezzi di elaborazione e/o controllo possono essere configurati per eseguire un insieme di istruzioni che implementa la seguente relazione: Pi? in detail, the processing and/or control means can be configured to execute a set of instructions which implements the following relationship:
(1) (1)
dove rappresentano rispettivamente le posizioni angolari del secondo q2 e del quarto giunto rotazionale q4, mentre where represent the angular positions of the second q2 and the fourth rotational joint q4, respectively, while
? il parametro che definisce il livello di accoppiamento tra i giunti rotazionali q2 e q4. ? the parameter that defines the level of coupling between rotational joints q2 and q4.
La funzione pu? ad esempio essere definita come di seguito: The function can for example be defined as below:
(2) (2)
dove ? un valore angolare di soglia al di sotto del quale l?articolazione scapolo-toracica ST non viene sollecitata, ossia tutto il movimento di abduzione o adduzione ? compiuto dall?articolazione gleno-omerale GH Where ? a threshold angular value below which the ST scapulothoracic joint is not solicited, ie all the abduction or adduction movement ? performed by the glenohumeral joint GH
Si evidenzia che il parametro ed eventualmente anche il parametro di soglia possono essere variati dal terapista attraverso il dispositivo di supervisione nel corso di una sessione di fisioterapia, cos? da sollecitare in maniera differente l?articolazione gleno-omerale GH e l?articolazione scapolo-toracica ST. Questo risulta essere particolarmente importante quando si deve recuperare una frattura ad una di queste due articolazioni, perch? si pu? far lavorare vantaggiosamente l?articolazione che ha subito il trauma in maniera differenziata a seconda dello stato di recupero del paziente. It should be noted that the parameter and possibly also the threshold parameter can be changed by the therapist via the supervision device during a physiotherapy session, so to stress the glenohumeral joint GH and the scapulothoracic joint ST in a different way. This turns out to be particularly important when you have to recover a fracture to one of these two joints, because? can you? make the joint that has undergone the trauma work advantageously in a differentiated manner according to the patient's state of recovery.
In questo modo si rende possibile imitare in maniera pi? precisa la cinematica del complesso della spalla durante i movimenti di abduzione e adduzione, sfruttando il parallelismo tra gli assi di rotazione dei giunti q2,q4. In this way it is possible to imitate in a more specifies the kinematics of the shoulder complex during abduction and adduction movements, exploiting the parallelism between the rotation axes of the q2,q4 joints.
Inoltre, quando il dispositivo 1 deve far compiere (passivamente o in maniera assistita) i movimenti di flessione/estensione orizzontale al braccio del paziente P, il primo giunto rotazionale q1 ed il terzo giunto rotazionale q3 hanno i loro assi di rotazione non ortogonali tra loro o paralleli tra loro. Furthermore, when the device 1 has to make (passively or assisted) the horizontal flexion/extension movements of the patient's arm P, the first rotational joint q1 and the third rotational joint q3 have their rotation axes not perpendicular to each other or parallel to each other.
A tal scopo, i mezzi di elaborazione e/o controllo sono preferibilmente configurati per generare (nel corso della fase di generazione) i secondi dati di posizione relativi al primo giunto rotazionale q1 sulla base dei secondi dati di posizione relativi al terzo giunto rotazionale q3. For this purpose, the processing and/or control means are preferably configured to generate (during the generation step) the second position data relating to the first rotational joint q1 on the basis of the second position data relating to the third rotational joint q3.
Pi? nel dettaglio, i mezzi di elaborazione e/o controllo possono essere configurati per eseguire un insieme di istruzioni che implementa la seguente relazione: Pi? in detail, the processing and/or control means can be configured to execute a set of instructions which implements the following relationship:
(3) (3)
dove rappresentano rispettivamente le posizioni angolari del primo q1 e del terzo giunto rotazionale q3, mentre where they represent the angular positions of the first q1 and the third rotational joint q3, respectively, while
? il parametro che definisce il livello di accoppiamento tra i giunti rotazionali q1 e q3. ? the parameter that defines the level of coupling between rotational joints q1 and q3.
La funzione pu? ad esempio essere definita come <di seguito:>The function can for example be defined as <below:>
(4) In questo modo, si rende possibile imitare in maniera pi? precisa la cinematica del complesso della spalla durante i movimenti di flessione/estensione orizzontale, sfruttando il parallelismo tra gli assi di rotazione dei giunti q1 e q3. (4) In this way, it is possible to imitate more effectively. specifies the kinematics of the shoulder complex during horizontal flexion/extension movements, exploiting the parallelism between the rotation axes of the q1 and q3 joints.
Si evidenzia che il parametro pu? essere variato dal terapista attraverso il dispositivo di supervisione nel corso di una sessione di fisioterapia, permettendo di sollecitare in maniera differente l?articolazione gleno-omerale GH e l?articolazione scapolo-toracica ST del paziente durante i movimenti di flessione/estensione orizzontale. Questo rende possibile recuperare una frattura ad una di queste due articolazioni, perch? si pu? far lavorare vantaggiosamente l?articolazione che ha subito il trauma in maniera differenziata a seconda dello stato di recupero del paziente. It is highlighted that the parameter pu? be varied by the therapist through the supervision device during a physiotherapy session, allowing the GH glenohumeral joint and the ST scapulothoracic joint of the patient to be stimulated differently during horizontal flexion/extension movements. This makes it possible to recover a fracture in one of these two joints, why? can you? make the joint that has undergone the trauma work advantageously in a differentiated manner according to the patient's state of recovery.
In questo modo, si rende possibile imitare in maniera pi? precisa la cinematica del complesso della spalla durante i movimenti di flessione/estensione orizzontale, sfruttando l?ulteriore grado di libert? che ? presente nella situazione di non ortogonalit? tra gli assi di rotazione dei giunti q1 e q3. Questo permette di automatizzare una parte ancora maggiore dell?attivit? di riabilitazione e della terapia occupazionale nei diversi stadi di recupero del paziente, dando possibilit? al paziente di essere in posizione eretta e di muoversi liberamente nello spazio durante la terapia. In this way, it is possible to imitate more effectively. specifies the kinematics of the shoulder complex during horizontal flexion/extension movements, exploiting the additional degree of freedom? That ? present in the situation of non-orthogonality? between the axes of rotation of the joints q1 and q3. This allows you to automate an even greater part of the activity? of rehabilitation and occupational therapy in the different stages of recovery of the patient, giving possibility? the patient to be in an upright position and to move freely in the space during the therapy.
Inoltre, questo rende facilmente risolvibile il problema cinematico inverso della catena cinematica associata al dispositivo indossabile 1, ossia calcolare le posizioni angolari dei giunti q1-q4 conoscendo le lunghezze d1,d2,d3,d4,d5 degli elementi di connessione E1-E5, ed eventualmente anche la lunghezza d6 del sesto elemento di connessione E6 se presente. Alcune delle possibili varianti sono state descritte sopra, ma ? chiaro al tecnico del ramo che, nell?attuazione pratica, esistono anche altre forme di realizzazione, con diversi elementi che possono essere sostituiti da altri tecnicamente equivalenti. La presente invenzione non ? dunque limitata agli esempi illustrativi descritti, ma ? suscettibile di varie modifiche, perfezionamenti, sostituzioni di parti e di elementi equivalenti senza comportare scostamenti dall?idea inventiva di base, come specificato nelle seguenti rivendicazioni. Furthermore, this makes the inverse kinematic problem of the kinematic chain associated with the wearable device 1 easily solvable, i.e. calculating the angular positions of the joints q1-q4 knowing the lengths d1,d2,d3,d4,d5 of the connection elements E1-E5, and possibly also the length d6 of the sixth connection element E6 if present. Some of the possible variations have been described above, but ? it is clear to the person skilled in the art that, in the practical implementation, there are also other embodiments, with different elements which can be replaced by other technically equivalent ones. The present invention is not therefore limited to the illustrative examples described, but ? susceptible to various modifications, improvements, replacement of parts and equivalent elements without involving deviations from the basic inventive idea, as specified in the following claims.
Claims (13)
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6301526B1 (en) * | 1999-03-12 | 2001-10-09 | Institute Of Science And Technology | Master device having force reflection function |
WO2010092089A1 (en) * | 2009-02-10 | 2010-08-19 | Universite Catholique De Louvain | Rehabilitation robot |
US20160206497A1 (en) | 2013-09-30 | 2016-07-21 | Ashish Warren Deshpande | Upper-body robotic exoskeleton |
US20170055883A1 (en) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Wearable apparatus for measuring position and action of arm |
CN109363811A (en) * | 2018-11-15 | 2019-02-22 | 上海理工大学 | A kind of upper limb exoskeleton robot based on wheelchair |
GB2567010A (en) * | 2017-10-02 | 2019-04-03 | Univ Strathclyde | Apparatus for the rehabilitation, assistance and/or augmentation of arm strength in a user |
-
2021
- 2021-04-12 IT IT102021000009095A patent/IT202100009095A1/en unknown
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6301526B1 (en) * | 1999-03-12 | 2001-10-09 | Institute Of Science And Technology | Master device having force reflection function |
WO2010092089A1 (en) * | 2009-02-10 | 2010-08-19 | Universite Catholique De Louvain | Rehabilitation robot |
US20160206497A1 (en) | 2013-09-30 | 2016-07-21 | Ashish Warren Deshpande | Upper-body robotic exoskeleton |
US20170055883A1 (en) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Wearable apparatus for measuring position and action of arm |
GB2567010A (en) * | 2017-10-02 | 2019-04-03 | Univ Strathclyde | Apparatus for the rehabilitation, assistance and/or augmentation of arm strength in a user |
CN109363811A (en) * | 2018-11-15 | 2019-02-22 | 上海理工大学 | A kind of upper limb exoskeleton robot based on wheelchair |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
A. WALDNERS. HESSEC.. TOMELLERI: "Transfer of scientific concept on clinical practice: recent robot assisted training studies,", FUNCTIONAL NEUROLOGY, vol. 25, 2009, pages 173 - 177 |
H. SOMAY. HORIUCHIJ. GONZALESW YU: "preliminary results of online classification of upper limit motions from around-shoulder muscle activities", IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON REHABILITATION ROBOTICS (ICORR), 2011, pages 1 - 6 |
L. BISHOPJ. STEIN: "''three upper limit robot devices after stroke rehabilitation: A review and clinical perspective,", NEURO REHABILITATION, vol. 33, 2013, pages 3 - 11 |
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