X-Y坐標(biāo)。
[0101]托盤104的底側(cè)是基本上中空的，并提供了其中安裝有運動跟蹤系統(tǒng)150的電路的空腔。計算機鼠標(biāo)印刷電路板(PCB)可配合到托盤外殼104中，并任選地通過機載電源如可充電電池組供電。PCB可安裝在安裝平臺上，并且可充電電池組可固定地接收并保持在電池室內(nèi)，該電池室可從托盤外殼104的外壁來接取。
[0102]除了分別提供在吊桿組件120和/或次要支撐柄部上的一個或多個電子輸入端125/135之外，運動跟蹤系統(tǒng)104還提供了用于使用戶與計算機系統(tǒng)交互的接口。因此，電子輸入端125/135可以模仿常規(guī)鼠標(biāo)的左點擊器和右點擊器功能。輸入端125/135通過無線連接或線纜連接來直接聯(lián)接到該計算機系統(tǒng)上，或優(yōu)選地通過運動感測系統(tǒng)150聯(lián)接到該計算機系統(tǒng)上。在優(yōu)選實施例中，并且如圖3所示，每個開關(guān)125/135具有用于連接至運動跟蹤板150以將相關(guān)聯(lián)的致動信號傳輸至跟蹤系統(tǒng)150的相關(guān)聯(lián)的線纜125a/135a。線纜連接125a/135a優(yōu)選地是3.5mm的插頭連接，但替代地，也可以是任何其他有線或無線的連接。運動跟蹤系統(tǒng)150被配置成例如根據(jù)常規(guī)計算機系統(tǒng)的操作來將開關(guān)輸入端125/135的致動信號傳達至該計算機系統(tǒng)。
[0103]通到計算機系統(tǒng)的無線傳輸優(yōu)選地是通過將單獨無線傳輸硬件部件如射頻適配器或藍牙適配器170連接至運動跟蹤系統(tǒng)的PCB 150上實現(xiàn)。這可通過提供用于接收射頻適配器170的USB端口來實現(xiàn)。
[0104]交互式計算機系統(tǒng)
[0105]參照圖7，將描述采用優(yōu)選實施例100的手臂鍛煉裝置的手臂鍛煉系統(tǒng)200的實施例。舉例來說，將會解釋在操作手臂鍛煉系統(tǒng)200時的數(shù)據(jù)流、信號和用戶交互、以及(在一些情況下)用戶的臨床醫(yī)師?；颊呋蛴脩?52使用他們的手臂來使手臂鍛煉裝置100在支撐表面(如桌面或桌子)上、在任何期望方向上移動，以便與呈現(xiàn)在形成交互式計算機系統(tǒng)的一部分的可視顯示器屏256上的游戲進行交互。患者252與裝置100的交互是由箭頭253表不。
[0106]在這個實例中，鍛煉裝置系統(tǒng)采用先前所說明的那種類型的常規(guī)基于光學(xué)激光的運動跟蹤系統(tǒng)150。在裝置100的操作期間從運動跟蹤系統(tǒng)150獲取的基于運動的數(shù)據(jù)用作用于運行顯示在可視顯示器屏256上的游戲的游戲引擎270的用戶交互輸入。游戲引擎利用基于運動的數(shù)據(jù)268來允許用戶與游戲進行交互并且完成要求的任務(wù)或訓(xùn)練。在一些形式中，手臂鍛煉裝置100在支撐表面上的位置可對應(yīng)于顯示在可視顯示器屏256上并用于與顯示在該屏幕上的游戲環(huán)境交互的光標(biāo)或其他圖形。在游戲引擎270接收實時運動/位置數(shù)據(jù)268時，它使用該數(shù)據(jù)來通過發(fā)送屏幕數(shù)據(jù)273而更新游戲屏幕環(huán)境272。例如，游戲引擎270被安排成解釋位置數(shù)據(jù)268，以便例如通過更新游戲光標(biāo)在顯示器屏256上的位置來允許用戶與游戲或程序交互，這樣使得托盤104在支撐表面上的移動引起光標(biāo)在屏幕256上的對應(yīng)移動。游戲光標(biāo)可以圍繞顯不器屏256以與托盤104在表面上的運動(如由運動數(shù)據(jù)268所表示)成比例的速度和距離移動。游戲光標(biāo)可取決于游戲而呈任何形式，但也可例如為指針、十字準(zhǔn)線、或用于乒乓球游戲的乒乓球拍。
[0107]運動數(shù)據(jù)268還可以由游戲引擎270處理，以便在用戶進行游戲時記錄他們的訓(xùn)練或任務(wù)完成率，并將這種游戲數(shù)據(jù)276記錄在數(shù)據(jù)日志278中。數(shù)據(jù)日志278可將游戲信息276存儲在存儲器中，并且還對這種數(shù)據(jù)進行處理且將得分信息279傳輸至游戲得分更新模塊280，游戲得分更新模塊被安排成在用戶與游戲交互時為用戶實時更新可視顯示器屏256上的游戲得分。在游戲進行時，游戲得分或其他游戲信息或數(shù)據(jù)可向用戶給出關(guān)于是否正取得任何進步的指示。用戶在與計算機或視頻游戲交互時可鍛煉更久。當(dāng)計算機或視頻游戲得分基于用戶自己的歷史表現(xiàn)而提供時，用戶可鍛煉至更高身體水平。
[0108]在使用中，當(dāng)用戶在訓(xùn)練上取得進展時，患者的理療醫(yī)師或臨床醫(yī)師258可根據(jù)患者的康復(fù)計劃使用顯示在可視顯示器屏256上的游戲得分信息282來改變游戲設(shè)置。例如，臨床醫(yī)師258可手動地改變校準(zhǔn)設(shè)置284 (如由箭頭285所表示)，以便校準(zhǔn)針對用戶的特定能力和訓(xùn)練進展的游戲設(shè)置。在一個實施例中，計算機程序或人工智能可以使用游戲得分信息以及患者與系統(tǒng)的交互記錄來自動地改變游戲設(shè)置。如由286所表示，校準(zhǔn)設(shè)置284被傳輸至游戲引擎270，游戲引擎重新配置游戲玩打設(shè)置。另外，臨床醫(yī)師258可向患者252發(fā)出關(guān)于他們應(yīng)當(dāng)如何與游戲交互的新的指令288。例如，當(dāng)用戶在受傷后不久首次開始使用手臂鍛煉系統(tǒng)時，他們的手臂的運動范圍可能相對較小。為了使得能夠使用完整顯示器屏256，可替代地將該系統(tǒng)安排成通過分析運動數(shù)據(jù)268來計算用戶的手臂的運動范圍而自動地校準(zhǔn)。顯示器屏256可校準(zhǔn)成使得手臂運動對應(yīng)于光標(biāo)跨基本整個顯示器屏256移動。如果用戶的運動范圍增加或減少，該系統(tǒng)可相應(yīng)重新校準(zhǔn)該顯示器。
[0109]該計算機系統(tǒng)可安排成記錄或存儲代表性的位置數(shù)據(jù)268。相關(guān)聯(lián)的時間戳可與該數(shù)據(jù)一起記錄下來。該數(shù)據(jù)可存儲在硬盤驅(qū)動器上的數(shù)據(jù)庫中，或以任何其他合適方式存儲。這種數(shù)據(jù)可在稍后時間進行分析，例如以便評定該用戶在康復(fù)方面是否取得足夠進展。分析的數(shù)據(jù)或結(jié)果可由臨床醫(yī)師258如理療醫(yī)師來用來評定康復(fù)進展。還可記錄、分析、向醫(yī)師258或其他臨床醫(yī)師報告或由他們使用游戲得分或其他游戲信息。以便評定康復(fù)進展。醫(yī)師258或臨床醫(yī)師可遠程或非遠程地改變程序設(shè)置，以便根據(jù)用戶要求更新康復(fù)狀況。這可允許醫(yī)師258或臨床醫(yī)師來調(diào)節(jié)或重寫用戶康復(fù)鍛煉方案。
[0110]托盤104充當(dāng)用于與呈現(xiàn)在可視顯示器256上的游戲或其他應(yīng)用程序交互的輸入裝置。在優(yōu)選形式中，游戲可以允許用戶與程序如虛擬乒乓球游戲展開對抗?？商娲?，游戲可以允許用戶單獨進行玩打，就像拼圖游戲那樣。優(yōu)選地，程序還會鼓勵用戶移動托盤104以實現(xiàn)目標(biāo)如贏得虛擬乒乓球游戲或完成拼圖。這種鼓勵意味著由患者執(zhí)行的托盤移動是基于任務(wù)或目標(biāo)導(dǎo)向的移動。也就是說，計算機提供了患者必須通過移動他們的手臂完成的任務(wù)。對于神經(jīng)康復(fù)鍛煉，基于任務(wù)或目標(biāo)導(dǎo)向的移動是期望的。在用戶與程序如游戲交互時，該程序可鼓勵用戶通過移動托盤104來鍛煉他們的手臂。如果用戶能夠以這種方式與程序交互，那么他們可能更傾向于經(jīng)常鍛煉或鍛煉更長的時間。對于神經(jīng)康復(fù)鍛煉，更大量的重復(fù)是期望的。用戶在與程序交互時可變得在精神上更愿意參加他們的鍛煉。與傳統(tǒng)的重復(fù)移動型的鍛煉相比，通過與程序交互實現(xiàn)的鍛煉可能不太令人生厭。
[0111]替代實施例和特征
[0112]可釋放地聯(lián)接的手臂支撐件和手部支撐件
[0113]參照圖6，在替代實施例中，支撐托盤104的手臂支撐部分104a和手部支撐部分104b可釋放地/單獨地聯(lián)接至彼此，以使托盤104能夠分成兩個部分。以此方式，可對例如具有良好肩部移動的提前恢復(fù)的康復(fù)患者指定這種治療:其中在不影響鍛煉裝置100的功能性的情況下，僅利用手部支撐部分104b來促進肘部抬高。因此，優(yōu)選的是，本發(fā)明的運動感測系統(tǒng)150提供在托盤104的手部支撐部分104b處，因為這將會是裝置100的更主動的部分。互補結(jié)構(gòu)161和162優(yōu)選地形成在托盤104的兩個部分104a和104b的相對端，以提供用于將部分104a/b聯(lián)接和分開的卡扣配合接合機構(gòu)。應(yīng)當(dāng)了解，凸接頭161和凹接頭162分別可倒過來，如圖6所示那樣。此外，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可以采用用于可分離地聯(lián)接該托盤的兩個部分的其他已知機構(gòu)或可釋放的聯(lián)接系統(tǒng)。
[0114]具有輪的手臂支撐臺車
[0115]如在以上簡要描述，在替代實施例中，裝置主體104的底側(cè)可包括被安排成允許主體104在支撐表面上移動的一個或多個支撐輪。這些輪可安排成允許該主體在表面上的任何方向上移動。例如，這些輪為主體提供在該表面上的兩種自由度的移動，包括側(cè)到側(cè)的移動、來回移動、以及相對于用戶的側(cè)到側(cè)的移動和來回移動的任何組合。例如，主體可呈包括呈腳輪形式的兩個輪的臺車形式，腳輪中的一個安裝在臺車的下方、位于臺車的前端處或朝向該前端，并且另一腳輪安裝在該臺車的后端處或朝向該后端。每個腳輪包括安裝至具有延伸穿過輪塊的旋轉(zhuǎn)軸線的可旋轉(zhuǎn)軸的輪。輪塊通過安裝板來可旋轉(zhuǎn)地安裝在臺車的基部下方。輪塊可被安裝用于圍繞基本上垂直于臺車的基部延伸的軸來360°旋轉(zhuǎn)。這些輪可替代地是全向輪(omn1-wheel)、球形輪、滾球、球輪或允許該臺車在支撐表面上移動的任何其他合適類型的輪或滾筒。一個或多個輪可安裝在前端與后端之間、介于前輪和后輪的中間。安裝在外殼下方的那些類型的輪可以是相同的，或可以是混合形式。這些輪可以由任何合適材料如塑料或金屬制成。
[0116]供電版本的手臂鍛煉裝置可包括裝在臺車上的致動器系統(tǒng)的、與這些支撐輪中的一個或多個相關(guān)聯(lián)的一個或多個電子控制的制動和/或驅(qū)動致動器。該計算機系統(tǒng)可安排成與裝在該臺車上的致動系統(tǒng)的一個或多個致動器進行通信并控制該一個或多個致動器，以便電子地控制與這些支撐輪中的一個或多個相關(guān)聯(lián)的制動和/或驅(qū)動致動器。該計算機系統(tǒng)可以通過無線或硬連線通信鏈路來與一個或多個致動器進行通信，并且可發(fā)送致動器控制信號來控制一個或多個致動器，以對臺車的輪施加制動或驅(qū)動。還可控制一個或多個致動器以與這些輪脫離來允許這些輪的自由移動?？筛鶕?jù)代表性的位置和/或移動數(shù)據(jù)來控制一個或多個致動器。如果用戶使該臺車以特定速度或高于該特定速度的速度移動，那么可控制一個或多個致動器來施加一定水平的制動而阻止這些輪的移動。這種額外阻力可例如通過幫助建立肌肉張力來幫助用戶康復(fù)。如果用戶使該臺車以特定速度或低于該特定速度的速度移動，那么可控制一個或多個致動器來驅(qū)動這些輪的移動。這可例如通過訓(xùn)練手臂的移動并擴展手臂移動的極限來幫助用戶康復(fù)?？煽刂埔粋€或多個致動器以任何合適方式為這些輪添加阻力或驅(qū)動力?？煽刂七@些致動器來玩打游戲或幫助玩打游戲。程序可以查明應(yīng)當(dāng)做出什么移動來完成游戲的步驟，例如移動在正在接近的虛擬乒乓球前方的球拍，或?qū)⒁粔K拼圖從一個位置移動到另一位置。該計算機系統(tǒng)可以感測用戶是否已經(jīng)嘗試做出所要求的移動。該計算機系統(tǒng)可以感測用戶是否正致力于做出所要求的移動。如果用戶正致力于做出所要求的移動，那么可控制這些致動器驅(qū)動這些輪來幫助用戶做出所要求的移動。如果計算機系統(tǒng)感測到用戶能夠持續(xù)且容易地做出所要求的移動，那么可控制這些致動器阻止這些輪的移動。
[0117]響應(yīng)于從計算機系統(tǒng)接收的致動器控制信號，手臂鍛煉裝置上的主控制器可以生成制動和/或電機致動器控制信號以用于操作制動控制電路和輔助電機控制電路。例如，主控制器可將制動控制信號發(fā)送至該制動控制電路，以便控制與手臂鍛煉裝置的一個或多個輪相關(guān)聯(lián)的一個或多個電磁制動器，從而對一個或多個支撐輪的旋轉(zhuǎn)施加期望水平或程度的制動阻力。同樣，主控制器可配置成生成多個電機控制信號，這些電機控制信號操作輔助電機控制電路來驅(qū)動聯(lián)接至這些輪中的一個或多個上的電磁電機中的一個或多個，以使它們以期望的速度旋轉(zhuǎn)，從而幫助手臂鍛煉裝置在支撐表面上移動。
[0118]替代運動跟蹤系統(tǒng)
[0119]光學(xué)運動跟蹤系統(tǒng)可以包括跟蹤標(biāo)記(如跟蹤圖案、跟蹤標(biāo)簽)、或通電光源或輻射源(如紅外LED)。標(biāo)記提供或安裝在該裝置的可視位置，