制的致動(dòng)器，并且該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可通過(guò)無(wú)線連接來(lái)遠(yuǎn)程控制在該手臂鍛煉裝置上的該一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器。該一個(gè)或多個(gè)支撐輪可安排成支撐該主體以在該表面上沿任何方向移動(dòng)。
[0047]舉例來(lái)說(shuō)，這些輪可包括以下類型的輪中的任一個(gè)或多個(gè):腳輪、球輪、或全向輪。
[0048]在優(yōu)選實(shí)施例中，該機(jī)載運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是常規(guī)的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)，被安裝在該主體內(nèi)并被配置用于獲得表示該鼠標(biāo)相對(duì)于該支撐表面的運(yùn)動(dòng)和/或位置的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳輸至該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)可通過(guò)紅外來(lái)無(wú)線地傳輸、或直接通過(guò)線纜如通用串行總線傳輸。
[0049]在替代實(shí)施例中，該機(jī)載運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是光學(xué)傳感器，該光學(xué)傳感器被安排成捕獲該手臂鍛煉裝置在其上移動(dòng)的支撐表面或該支撐表面的一部分的多個(gè)連續(xù)數(shù)字圖像，并且生成表示該手臂鍛煉裝置的運(yùn)動(dòng)和/或位置的圖像數(shù)據(jù)。在該手臂鍛煉裝置上、或集成到該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的圖像處理系統(tǒng)接收并處理該圖像數(shù)據(jù)，以生成由該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理器處理的運(yùn)動(dòng)和/或位置數(shù)據(jù)。
[0050]優(yōu)選地，該次要手部支撐柄部包括至少一個(gè)可操作的開(kāi)關(guān)。優(yōu)選地，該一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)通過(guò)多個(gè)鉤環(huán)緊固件可移動(dòng)地安裝至該次要支撐柄部。
[0051]優(yōu)選地，該手臂鍛煉裝置進(jìn)一步包括關(guān)聯(lián)緊固系統(tǒng)，該關(guān)聯(lián)緊固系統(tǒng)可操作來(lái)將該用戶的前臂和/或手部固定至該主體上或該主體內(nèi)。優(yōu)選地，該主體的前臂支撐部分形成基本上U形的通道，在使用該系統(tǒng)期間，用戶的前臂被接收并保持在該通道內(nèi)。
[0052]優(yōu)選地，該主要手部支撐結(jié)構(gòu)是基本上半球形抓持表面，當(dāng)在該表面上移動(dòng)該主體時(shí)，該用戶可將他們的手部擱置在這個(gè)抓持表面上。更優(yōu)選地，該主要手部支撐結(jié)構(gòu)是可拆卸地安裝至該主體的手部支撐部分上的。
[0053]優(yōu)選地，該應(yīng)用程序是呈現(xiàn)在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示器屏上的游戲，并且該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被安排成使得該手臂鍛煉裝置通過(guò)該用戶在該表面上進(jìn)行的移動(dòng)引起游戲光標(biāo)在該游戲屏幕上的相應(yīng)移動(dòng)，以便使該用戶能夠與該游戲進(jìn)行交互。該一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)的激活還引起與該游戲的進(jìn)一步交互。
[0054]除非上下文另外地說(shuō)明，否則如在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中使用的短語(yǔ)“交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”旨在表示具有應(yīng)用程序或軟件可在其上運(yùn)行的處理器的任何硬件平臺(tái)或系統(tǒng)，包括但不限于:定制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、游戲控制臺(tái)、游戲機(jī)、智能電視機(jī)、或替代地標(biāo)準(zhǔn)個(gè)人計(jì)算機(jī)(無(wú)論是臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)，抑或是手持計(jì)算機(jī)或便攜通信裝置如便攜數(shù)字助理(PDA)、“智能”電話等)。
[0055]如在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”是指“包含至少部分”。當(dāng)解釋本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中包括術(shù)語(yǔ)“包括”的每一陳述時(shí)，也可呈現(xiàn)不同于以該術(shù)語(yǔ)開(kāi)始的那個(gè)或那些特征的特征。相關(guān)術(shù)語(yǔ)如“包括”和“包含”將以同樣方式解釋。
[0056]如在此所使用，名詞后的“(類)”是指該名詞的復(fù)數(shù)和/或單數(shù)形式。
[0057]本發(fā)明是在于前述內(nèi)容并且還設(shè)想了多種構(gòu)造，而下文僅給出其中一些實(shí)例。
【附圖說(shuō)明】
[0058]僅通過(guò)舉例的方式并且參照這些附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中:
[0059]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的手臂康復(fù)系統(tǒng)的主要部件的框圖；
[0060]圖2是本發(fā)明的第一優(yōu)選形式手臂鍛煉裝置的圖；
[0061]圖3是圖1的手臂鍛煉裝置的分解圖；
[0062]圖4示出圖1的手臂鍛煉裝置的底視圖；
[0063]圖5示出使用中的圖1的手臂鍛煉裝置；
[0064]圖6示出圖1的手臂鍛煉裝置的替代形式，其中主體的手部支撐部分和前臂支撐部分可釋放地聯(lián)接；并且
[0065]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的鍛煉系統(tǒng)的各模塊之間的操作和交互的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0066]手臂康復(fù)系統(tǒng)概述
[0067]參照?qǐng)D1，本發(fā)明總體上涉及手臂鍛煉系統(tǒng)10，該手臂鍛煉系統(tǒng)包括可移動(dòng)的手臂鍛煉裝置14，該手臂鍛煉裝置用于在支撐表面上克服重力而支撐用戶12的前臂和手部，使得能夠通過(guò)與在交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18上運(yùn)行的游戲或應(yīng)用程序或其它軟件的交互來(lái)進(jìn)行康復(fù)鍛煉。手臂鍛煉裝置14可呈手臂支撐托盤形式，它提供了用于可移動(dòng)地接合支撐表面的機(jī)構(gòu)以使得用戶12在其手臂支撐在托盤中或上時(shí)能夠在支撐表面上方移動(dòng)他們的患臂。支撐表面可為平坦表面，如桌面，或替代地可為波形表面。另外，支撐表面可以是相對(duì)于地面基本上水平的，或替代地，相對(duì)于用戶上傾或下傾成期望角度。在一種優(yōu)選形式中，手臂支撐裝置14包括被配置成可滑動(dòng)地接合支撐表面并在其上移動(dòng)的底表面。
[0068]在一種優(yōu)選形式中，該手臂支撐裝置包括可定位成要求移動(dòng)用戶的腕部或單個(gè)手指頭來(lái)操作的一個(gè)或多個(gè)機(jī)械操作開(kāi)關(guān)、手點(diǎn)擊器、或其他可操作撥號(hào)盤、按鈕或旋鈕(為了方便，以下稱為開(kāi)關(guān)，但并不意圖將其他類似電子輸入端排除在本發(fā)明的范圍外)。以此方式，臨床醫(yī)師可能使得在開(kāi)關(guān)操作期間用戶的將要鍛煉的主要患臂能夠進(jìn)行腕部或手指頭移動(dòng)。該一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)的位置優(yōu)選地是可調(diào)節(jié)的，從而允許用戶進(jìn)行更大范圍的移動(dòng)來(lái)激活該一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)。對(duì)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)的位置的調(diào)節(jié)允許正進(jìn)行監(jiān)督的臨床醫(yī)師例如強(qiáng)制用戶進(jìn)行鍛煉，該鍛煉沿特定方向擴(kuò)展用戶當(dāng)前的能力而生成對(duì)康復(fù)有用的運(yùn)動(dòng)范圍。次要支撐柄部還優(yōu)選地提供在托盤上以供用戶另一只手抓持，同時(shí)他們的主要患臂被支撐在托盤中，以便促進(jìn)左右對(duì)稱(bilateral)訓(xùn)練。左右對(duì)稱訓(xùn)練是有益的，因?yàn)樗鼈兗せ盍藘蓚€(gè)腦半球。一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)也可提供在次要支撐柄部上，以便擴(kuò)展另一只手的可能移動(dòng)的范圍，從而增強(qiáng)該系統(tǒng)的左右對(duì)稱移動(dòng)能力。
[0069]為了使得用戶12能夠通過(guò)手臂鍛煉裝置14的移動(dòng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18進(jìn)行交互，提供運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)16，該運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)跟蹤裝置14的移動(dòng)并且生成表示裝置14相對(duì)于支撐表面的位置和/或移動(dòng)的位置和/或移動(dòng)數(shù)據(jù)。運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)16可以是完全獨(dú)立且在托盤14外部的、與該托盤完全集成在一起的，或具有裝在該托盤上的一些部件以及作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18的一部分或獨(dú)立于該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的遠(yuǎn)離托盤定位的其他部件。在優(yōu)選實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)16是安裝在支撐托盤外殼內(nèi)的常規(guī)的無(wú)線計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)系統(tǒng)。
[0070]交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18可為定制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、游戲控制臺(tái)、游戲機(jī)、智能電視機(jī)、或替代地標(biāo)準(zhǔn)個(gè)人計(jì)算機(jī)(無(wú)論是臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)，抑或是手持計(jì)算機(jī)或便攜通信裝置如便攜數(shù)字助理(PDA)或“智能”電話)、或可運(yùn)行應(yīng)用程序或軟件的處理器的任何其他硬件平臺(tái)或系統(tǒng)。在優(yōu)選形式中，交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18包括處理器20、存儲(chǔ)器22以及呈現(xiàn)或顯示應(yīng)用程序或游戲的輸出屏幕或可視顯示器屏24，如CRT監(jiān)視器、等離子屏幕、IXD屏幕、或任何其他合適電子顯示裝置。也可提供用戶接口 26，如常規(guī)的鍵盤、鼠標(biāo)、觸控板、觸摸屏、或其他用戶輸入控制裝置，以便允許用戶和/或他們的臨床醫(yī)師來(lái)根據(jù)要求啟動(dòng)或配置應(yīng)用程序或游戲。
[0071]雖然并非是必須的，但該交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18也可包括存儲(chǔ)和運(yùn)行應(yīng)用程序或交互式游戲的應(yīng)用/游戲引擎28。舉例來(lái)說(shuō)，應(yīng)用程序可為任何個(gè)人計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序或游戲、或替代地定制康復(fù)訓(xùn)練游戲(包括沉浸式或非沉浸式增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)游戲)。在操作中，用戶12使用他們的手臂來(lái)使得托盤14圍繞支撐表面移動(dòng)，并且這種移動(dòng)使得他們能夠與呈現(xiàn)在虛擬顯示器24上的應(yīng)用程序或游戲程序進(jìn)行交互(這就像在鼠標(biāo)墊上移動(dòng)鼠標(biāo)那樣)。例如，在一些形式中，托盤14在支撐表面上的移動(dòng)可引起光標(biāo)或指針在虛擬顯示器屏24上的對(duì)應(yīng)移動(dòng)。在其他形式如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中，用戶的手部或用戶手部的圖形表示可顯示在屏幕24上并且在屏幕上移動(dòng)，以便根據(jù)托盤在支撐表面上的移動(dòng)來(lái)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行交互。舉例來(lái)說(shuō)，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)可采用機(jī)器視覺(jué)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，該機(jī)器視覺(jué)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)利用用于在用戶的手臂和托盤在支撐表面上移動(dòng)時(shí)捕獲手臂和托盤的移動(dòng)圖像的光學(xué)傳感器(如網(wǎng)絡(luò)攝像頭或數(shù)字相機(jī))，這些移動(dòng)圖像實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在具有游戲或應(yīng)用圖形疊加的屏幕24上，用戶可根據(jù)游戲或應(yīng)用編程來(lái)與該游戲或應(yīng)用圖形疊加交互。另外的是通過(guò)腕部或手指頭移動(dòng)開(kāi)關(guān)的操作來(lái)與應(yīng)用程序進(jìn)行交互的能力。
[0072]在優(yōu)選形式中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18包括輸入/輸出接口 30，該輸入/輸出接口被配置用于向該鍛煉系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)外部裝置傳輸數(shù)據(jù)或信息和從該鍛煉系統(tǒng)中的該一個(gè)或多個(gè)外部裝置接收數(shù)據(jù)或信息。例如，輸入/輸出接口 30被安排成通過(guò)通信鏈路32來(lái)與運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)16進(jìn)行通信。例如，運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)16可安排成將與托盤14的位置和/或移動(dòng)有關(guān)的位置和/或移動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18的輸入/輸出接口 30，以供應(yīng)用/游戲引擎28進(jìn)行處理。可替代地，運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)16的一部分(如網(wǎng)絡(luò)攝像頭或數(shù)字相機(jī))可安排成通過(guò)通信鏈路32將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18，并且圖像處理算法可實(shí)施在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上以便從這些圖像生成位置和/或移動(dòng)數(shù)據(jù)而供應(yīng)用/游戲引擎28進(jìn)行處理。應(yīng)當(dāng)理解，通信鏈路32可為通過(guò)線纜硬連線的，或可利用無(wú)線通信協(xié)議或鏈路如藍(lán)牙或紅外。
[0073]為了清楚，手臂鍛煉系統(tǒng)10的各種部件和模塊(如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18、運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)16和手臂支撐裝置14)被示出為單獨(dú)且不同的部件，但應(yīng)了解，這些部件可以不同方式組合和/或它們的功能性可以分布在這些模塊之間，并且不同的硬件配置和平臺(tái)可根據(jù)需要來(lái)利用。例如，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)16可以是完全或部分地與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18或手臂鍛煉裝置14集成在一起的。
[0074]手臂鍛煉裝置
[0075]手臂支撐和1緊固系統(tǒng)
[0076]參照?qǐng)D2-5，示出第一優(yōu)選形式的手臂鍛煉裝置100，其包括用于支撐用戶的上肢的部分的托盤104或呈這種托盤形式。托盤104、以及如以下將描述的所有相關(guān)聯(lián)的部件是由任何合適材料制成，如塑料、鋁或木頭、或它們的任何組合。在這種優(yōu)選形式中，托盤104被安排成支撐用戶的前臂和手部。托盤104的主外殼或主體是細(xì)長(zhǎng)的，并且包括前臂支撐部分104a和手部支撐部分104b，該前臂支撐部分和該手部支撐部分是一體形成在一起的。呈鉤環(huán)緊固件形式的緊固系統(tǒng)提供在前臂支撐部分中，用于將用戶的前臂固定至鍛煉裝置100上(如圖5中所示)。具體地說(shuō)，一對(duì)鉤環(huán)緊固件綁帶107a/b提供用于將用戶的手臂/腕部緊固至托盤104上，但替代地，這些可以是可圍繞用戶的手臂/腕部緊固以將手臂/腕部固定在托盤104上的扣式綁帶或某個(gè)其他緊固系統(tǒng)。鉤環(huán)緊固件綁帶107a提供用于將用戶的前臂固定到前臂支撐部分104a上，并且鉤環(huán)緊固件綁帶107b提供用于將用戶的腕部固定到手部支撐部分104b上。在一些實(shí)施例中，托盤104可進(jìn)一步包括多個(gè)側(cè)壁，這些側(cè)壁從前臂支撐部分104a的基部表面向上延伸，從而沿其長(zhǎng)度形成用于接收和支撐用戶的前臂的基本上U形或波形的通道。手臂襯墊108提供在托盤104的表面上，以使用戶手臂舒適地支撐在其上。舉例來(lái)說(shuō)，襯墊108可由任何合適軟性或可變形材料形成，如泡沫、橡膠等。
[0077]手部支撐結(jié)構(gòu)
[0078]托盤104的手部支撐部分104b包括手部支撐結(jié)構(gòu)110，該手部支撐結(jié)構(gòu)固定地保持在手部支撐部分104b的凹部或孔隙109中，如圖3中所示。在優(yōu)選實(shí)施例中，手部支撐結(jié)構(gòu)110呈基本上半球形抓持表面110的形式，其在