接合使用者的人机接口的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制外骨骼系统的领域，并且更具体地，涉及适合于被接合到人的控制系统。
【背景技术】
[0002]行走困难的患者通常使用轮椅以便移动。本领域中常见且备受推崇的观点是，推迟轮椅的使用将会延迟其他类型的二次残疾和疾病的发作。长期轮椅使用的后果是二次损伤，包括髋、膝和踝关节挛缩、下肢关节的异位骨化、频繁的泌尿道感染、痉挛和降低的心脏与循环功能。这些损伤必须住院治疗、药物治疗和若干手术操作来处置。医生强烈提倡这样的观念:放弃使用轮椅并尽量保持直立及移动对于患者来说是必不可少的。
[0003]功能电刺激(FES)主要被用来恢复有残疾的人的功能。FES是使用电流来激活下肢中受瘫痪影响的肌肉的技术，瘫痪由脊髓损伤(SCI)、颅脑损伤、中风和其他神经障碍引起。患者穿戴一组用于稳定的矫形器。除了当患者决定行走时，电刺激器总是处于“关闭”模式。通过触发被安装在滚动助行架的每个手把上的微型开关，患者激活四头肌和腿筋以及肌肉中的一种或一些。来自开关的触发信号经由电缆从助行架被传输到刺激器。脉冲电流经由常规的覆盖有固体凝胶的碳浸渍橡胶电极被施加到患者。Alojz R.Kralj和TadejBajd所著的、由CRC出版社1989年出版的标题为“功能电刺激:脊髓损伤之后的站立与行走，，(“Funct1nal Electrical Stimulat1n:Standing and Walking After SpinalCord Injury，，，Alojz R.Kralj, Tadej Bajd, CRC Press 1989)的书描述了与 FES 相关的各种技术。另一信息性参考是“胸部截瘫行走矫行器的现状(Current Status of WalkingOrthoses for Thoracic Paraplegics) ”，其被D’Ambrosia发表在愛荷华州整形外科期刊(The 1wa Orthopedic Journal)中。
[0004]另一移动方法使用动力推动的外骨骼系统。大多数动力推动的医疗外骨骼包括接口装置，接口装置允许使用者对外骨骼进行指示，从而使用者哪条腿移动并且如何移动的决定通过接口装置被反应在外骨骼的运动中。
[0005]目前，存在用于对外骨骼进行指示的不同类型的使用者接口。例如，美国专利申请公开号2011/0066088A1公开了一种具有机械连接接口装置的外骨骼，该机械连接接口装置由操纵杆和键区组成，操纵杆和键区被用作使用者输入机构以将控制指令输入到外骨骼的控制系统。该装置的缺点是:它笨重并且它需要使用者的臂与外骨骼的部件接合。美国专利7，153，242号公开了一种具有人机接口的步态运动设备，使用者通过该人机接口控制该装置的操作模式和参数，并且接收多种指示。然而，该设备的每种运动都由控制单元基于来自多种传感器的测量来触发，而不是由使用者直接触发。这限制了使用者对该设备的控制能力，并且需要许多传感器被安装在该设备上。
[0006]因此，在本领域中需要控制多种外骨骼的更简单、更通用的接口装置。一种解决方案是采用器械手套作为接口装置。目前，器械手套被用于各种应用中。例如，在美国专利7，057，604B2和6，154，199号中描述了将这样的手套用作计算机鼠标的尝试。此外，美国专利6，681，638B2号公开了一种适合于无线材料处理系统的器械手套装置。
[0007]但是，没有现有技术的器械手套式装置已经被设计用于外骨骼接口装置。另外，许多这样的装置是在使用者的手掌上具有致动机构的使用者输入装置，如果需要使用者将手掌用于另外的目的(诸如倚在手杖或其他平衡辅助装置上)，这将会是不期望的。本发明公开了一种被穿戴在使用者的手上的接口装置。此外，在本发明中，器械手套被减小为指袖式信号生成器。本发明的这种结构使得由手套所引起的使用者手部运动障碍最小化。此外，本发明使得使用者的控制外骨骼的能力最大化，并且提供来自外骨骼的反馈信号。
【发明内容】
[0008]该专利申请描述了一种用于指示被人穿戴的外骨骼的输入装置。输入装置适合于被接合到人。输入装置包含至少一个信号生成器，信号生成器适合于被接合到人的手指。当信号生成器被接触时，信号生成器能够生成至少一种电信号。输入装置还包含输入装置控制器，输入装置控制器适合于被接合到人的身体。在操作中，输入装置控制器接收并处理至少一种电信号，并且将指示信号传输到外骨骼以执行功能。在一些实施例中，至少一根电线将至少一种电信号传输到输入装置控制器。在本发明的一些实施例中，两个或更多个信号生成器能够被接合到手指。在本发明的一些实施例中，所述信号生成器能够被接合到专业人员的手指，并且专业人员能够为外骨骼生成至少一种指示信号以执行功能。
【附图说明】
[0009]图la描绘了本发明的使用者接口装置；
[0010]图lb描绘了动力外骨骼系统的后部立体图，其由使用者穿戴且由本发明控制；
[0011]图2描绘了穿戴适合于被本发明控制的外骨骼装置的使用者；
[0012]图3描绘了配合拐杖使用本发明的使用者；
[0013]图4描绘了配合助行架使用本发明的使用者；
[0014]图5描绘了信号生成器，为了清楚起见，没有显示本发明的其余部分；
[0015]图6描绘了使用者使用本发明接触拐杖的可能方式；
[0016]图7描绘了使用者使用本发明接触助行架的可能方式；
[0017]图8描绘了本发明的输入装置控制器，为了清楚起见，没有显示其他部件；
[0018]图9描绘了本发明的输入装置控制器单元的示意图；以及
[0019]图10描绘了其覆盖至少两根手指的手套的示意图。
【具体实施方式】
[0020]在图lb中的130总体显示与本发明一起使用的外骨骼系统的第一实施例。一般来说，外骨骼系统130包括动力推动的致动器141和单独的支撑装置112，动力推动的致动器141被配置以与人接合，支撑装置112为人提供额外的稳定作用。就“单独的”而言，它意味着外骨骼130与支撑装置112不是一体地连接或永久地连接，从而根据特定使用者的需求和限制，任何数量的不同类型的支撑装置112能够与任何数量的不同类型的外骨骼装置配合。应当理解，多种不同类型的动力推动的外骨骼能够适合于与本发明一起使用。这样的外骨骼被动力推动，并且允许穿戴者直立行走而无任何大量的能量消耗。外骨骼系统的不同的机械结构可以具有不同的自由度和致动。在一些实施例中，外骨骼是电动的，并且一些是液压驱动的。美国专利7，628，766号描述了下肢外骨骼系统的一个示例。此外，美国专利申请公开2007/0056592和2006/0260620号教导了下肢的多种结构。
[0021]在图lb中描述的实施例中，外骨骼130被配置用于截瘫患者运动，并且包括第一腿部支撑体142和第二腿部支撑体143，第一腿部支撑体142和第二腿部支撑体143被配置为接合到人的下肢并且在站立期期间抵靠在支撑表面上。各第一腿部支撑体和第二腿部支撑体包括通过膝关节148、149相互连接的大腿连接件144、145和小腿连接件146、147。致动器141适合于将扭矩施加于腿部支撑体142、143上。外骨骼躯干体150被配置为接合到人的上身，并且151所示的髋关节处可旋转地连接到相应的第一腿部支撑体142和第二腿部支撑件143。优选地，外骨骼躯干体150呈支撑性后框架的形式。被用来将外骨骼躯干体150连接到人的附接机构可以是直接的，诸如经由带152将使用者直接缚到后框架，或间接的，诸如通过被使用者穿戴的接合后框架的可拆卸甲胄(未示出)。此外，两个足部连接件被连接到腿部支撑体142和143的远端。外骨骼130还包括外骨骼控制器155，外骨骼控制器155与致动器141通信，以将外骨骼130在多种操作状态(诸如站立状态、行走状态和就座状态)之间转变。应当容易地理解，在站立状态中，外骨骼130和使用者位于站立位置，在行走状态中，外骨骼130和使用者行走，而在就座状态中，外骨骼130和使用者就座。外骨骼130能够包括多种其他元件，诸如允许使用者下肢的运动能够被紧密跟随的多个铰接接头、额外的致动器和传感器。然而，不像已知动力推动的外骨骼装置，外骨骼130包括外骨骼控制器155，外骨骼控制器155被配置为接收由使用者输入装置100生成的信号并对该信号作出响应。
[0022]在第一实施例中，支撑装置112呈第一拐杖和第二拐杖的一组拐杖的形式，其中第一拐杖和第二拐杖中的每一个拐杖包括113所示的手柄。尽管描绘了一组拐杖，但是应当理解，使用者可以一次仅使用一根拐杖。
[0023]根据本发明，在图la中示出的使用者输入装置信号生成器100被配置为产生通常由111所示的使用者指示信号，并将该使用者指示信号发送至外骨骼控制器155。响应于使用者指示信号111，外骨骼控制器155使得外骨骼130在多种操作状态之间转变，