[发明专利]多主动轴线的非外骨骼康复设备

说明书

一种用于与使用者的附属肢体相关联地操作的机器人设备，其中该使用者的附属肢体具有端点，该机器人设备包括：基部；以及机器人臂，其附接到基部并且具有端点，该机器人臂相对于基部具有至少两个主动自由度并且经配置以使得当基部相对于使用者适当定位时，机器人设备的参考系的定向大致类似于使用者的参考系，并且使用者附属肢体的端点的运动通过机器人臂的端点的运动来模拟。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明在DARPA授予的协议第HR0011-12-9-0012号的政府支持下完成。政府对本发明享有一定的权利。

对未决的在先专利申请的引用

本专利申请：

（i）是巴雷特技术公司（Barrett Technology，Inc.）和William T.Townsend等人针对多主动轴线的非外骨骼康复设备（代理人案卷第BARRETT-5号）于2014年9月29日提交的未决的在先美国专利申请序列第14/500,810号的部分延续，该专利申请要求由巴雷特技术公司和William T. Townsend等人针对三主动轴线康复设备（代理人案卷第BARRETT-5PROV号）于2013年9月27日提交的在先美国临时专利申请序列第61/883,367号的权益；

（ii）要求巴雷特技术公司和Alexander Jenko等人针对多主动轴线的非外骨骼康复设备（代理人案卷第BARRETT-8 PROV号）于2015年9月30日提交的未决的在先美国临时专利申请序列第62/235,276号的权益；并且

（iii）要求巴雷特技术公司和William T.Townsend等人针对多主动轴线的非外骨骼康复设备（代理人案卷第BARRETT-10 PROV号）于2016年5月24日提交的未决的在先美国临时专利申请序列第62/340,832号的权益。

上述四（4）个专利申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于康复具有诸如中风或脊髓损伤的神经学损伤或其它解剖学肢体受损的残疾人的设备。

背景技术

物理和职业治疗的新的且令人兴奋的分支是由计算机指导的机器人臂或设备（在某些实施例中，有时也称为“操纵器”以将其与可能接合它的人体臂区分开）辅助治疗。这些机器人系统利用大脑中的可塑性，从准确地重新连接大脑。最近的科学已经证明，剂量（即参与治疗的时间量）是关键因素，以便从该效果中受益。使用操纵器系统进行诸如中风后康复治疗的任务的潜在好处非常显著，其通常包括通过一系列重复运动来移动患者的肢体。存在一些类型的治疗，诸如错误增强治疗，这些治疗根本不能由人类治疗师有效地实施。此外，计算机导向治疗可以让患者参与游戏，从而使体验更加愉快，并鼓励更长，以及更激烈的治疗时段，这对患者有益。最后，治疗师能够与更多患者一起工作，例如，治疗师能够同时与多位患者一起工作，治疗师能够为患者提供更长的治疗持续时间（更高剂量），因为时段不再受治疗师的身体耐力或时间表的限制，并且治疗师能够进行更多的连续治疗时段，因为连续治疗时段的次数不再受治疗师的身体耐力或时间表的限制。

对机器人康复系统进行分类的一种有用方法是通过其具有的自由度或DOF的数量。一般来说，对于机械系统，自由度（DOF）可以被认为是机械系统允许的不同运动。举例而非限制，船舶在海上的运动具有六个自由度（DOF）：（1）上下移动，（2）左右移动，（3）前后移动，（4）左右旋转（偏摆），（5）前后倾斜（俯仰），（6）边对边枢转（滚动）。大多数商业机器人康复系统落入两大类中的一个：位于患者前方的低DOF系统（通常为一至三个DOF）以及缠绕在患者的肢体周围，通常是臂或腿的高DOF外骨骼系统（通常为六个或更多个DOF）。请注意，这些外骨骼还需要调整操纵器的链接长度的能力，以便适应特定患者的不同几何形状。一般而言，外骨骼系统可以被认为是安装到身体的外部骨架，其中外部骨架具有对应于自然身体的骨骼和关节的支柱和关节。目前两种类型（即低DOF系统和高DOF外骨骼系统）的方法都展现出明显的缺点，这导致机器人康复治疗潜力的有限实现。