ITKR20070004A1

ITKR20070004A1 - SYSTEM AND METHOD FOR REHABILITATION

Info

Publication number: ITKR20070004A1
Application number: IT000004A
Authority: IT
Inventors: Lucio Colizzi; Giuliano Dolce
Original assignee: Istituto S Anna Di Ezio Puglie
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-05
Also published as: ES2357519T3; EP2067462B1; ATE489064T1; DE602008003651D1; EP2067462A1

Abstract

A system for rehabilitation with a linkage (1) with integrated joints (3) that can be applied to the body of a human being such that the applied linkage (1) is able to follow selected movements of the body wherein an integrated joint (3) has a drive (4) for moving the joint (3) and a position detector (10, 13) for detecting the position of the drive (4) and/or the joint (3), and with a control (14) for triggering a drive (4) and/or for detecting a sequence of movements through evaluating the position of the drive (4) and/or of the joint (3).

Description

"Sistema e metodo per la riabilitazione", "System and method for rehabilitation",

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

L'invenzione sì riferisce ad un sistema per la riabilitazione con un meccanismo applicabile al corpo di una persona nonché ad un procedimento per la riabilitazione con l'utilizzo di un adeguato sistema. The invention relates to a rehabilitation system with a mechanism applicable to a person's body as well as to a rehabilitation procedure with the use of an adequate system.

Una riabilitazione mediante una terapia motoria è impiegata fra l'altro in caso di danni al cervello, che sono di origine traumatica, hanno un'altra causa (emorragie, infezioni o simili) e possono causare uno stato comatoso o disturbi sensomotori, che portano ad un handicap. In particolare, in quest'ultimo caso mediante un allenamento del cervello si può cercare di curare 1'handicap o di attenuarne le conseguenze. La presente invenzione non si limita tuttavia a questo ambito di impiego particolarmente preferito, ma può essere impiegata fondamentalmente come supporto in ogni terapia motoria. Rehabilitation with motor therapy is used, among other things, in cases of brain damage, which are of traumatic origin, have another cause (haemorrhages, infections or the like) and can cause a comatose state or sensorimotor disorders, which lead to a handicap. In particular, in the latter case, it is possible to try to cure the handicap or to mitigate its consequences by training the brain. However, the present invention is not limited to this particularly preferred field of use, but can basically be used as a support in any motor therapy.

Simili terapie motorie sono oggi effettuate solitamente da un terapeuta addestrato, il quale prestabilisce sequenze di movimento che il paziente deve imitare. In alternativa il terapeuta stesso muove determinate parti del corpo, per esempio braccia o gambe, del paziente per eseguire sul paziente la sequenza di movimento desiderata, se questi non è in grado di farlo autonomamente. Such motor therapies are nowadays usually performed by a trained therapist, who pre-establishes movement sequences for the patient to imitate. Alternatively, the therapist himself moves certain parts of the patient's body, for example arms or legs, to perform the desired movement sequence on the patient, if he is not able to do it autonomously.

Inoltre, sono noti anche apparecchi di training impiegabili nella riabilitazione, che consentono un numero limitato di sequenze di movimento determinate, che il paziente deve eseguire più volte eventualmente contro una resistenza regolabile. Furthermore, training apparatuses that can be used in rehabilitation are also known, which allow a limited number of determined movement sequences, which the patient must perform several times possibly against an adjustable resistance.

Questi sistemi hanno lo svantaggio che di regola consentono soltanto una o poche sequenze di movimento scelte e non offrono alcuna possibilità di rilevare a che livello qualitativo vengono eseguiti i movimenti prestabiliti. These systems have the disadvantage that as a rule they only allow one or a few selected movement sequences and do not offer any possibility of detecting at what level of quality the predetermined movements are performed.

Compito della presente invenzione è pertanto proporre un sistema e un procedimento per la riabilitazione, che consenta di prestabilire una molteplicità di sequenze di movimento diverse nonché supporti e controlli la loro esecuzione. The aim of the present invention is therefore to propose a system and a procedure for rehabilitation, which allows to preset a multiplicity of different movement sequences as well as supports and controls their execution.

Questo compito viene risolto secondo l'invenzione con le caratteristiche delle rivendicazioni 1 e 9. This task is solved according to the invention with the features of claims 1 and 9.

A questo scopo, secondo l'invenzione un meccanismo con articolazioni integrate viene applicato al corpo di una persona in modo che il meccanismo applicato possa eseguire movimenti scelti del corpo. Un'articolazione integrata presenta una trasmissione per muovere l'articolazione ed almeno un rilevatore di posizione per rilevare la posizione del comando e/o dell'articolazione. Inoltre, nel sistema è previsto un comando per azionare le trasmissioni e/o per rilevare la sequenza di movimento mediante valutazione della posizione delle trasmissioni e/o delle articolazioni. Per esempio, il sistema secondo l'invenzione può essere un meccanismo da applicare ad un braccio o ad una gamba, che può ripetere sequenze di movimento tipiche del braccio o della gamba. Il meccanismo assume quindi la funzione di uno scheletro esterno, che consente la ripetizione o l'avvio della sequenza di movimento dello scheletro umano. Grazie alla configurazione come meccanismo con articolazioni integrate, il sistema secondo l'invenzione, a confronto con la maggior parte delle apparecchiature motorie tradizionali, è realizzata in maniera così leggera che dopo 1'applicazione, per esempio al braccio o alla gamba di un paziente, non è così pesante da impedire un movimento naturale e libero. Grazie alla dotazione di un rilevatore di posizione e ad una trasmissione per preferibilmente ogni articolazione, che sono risp. azionate e valutate da un comando comune in maniera coordinata, il sistema secondo l'invenzione può essere utilizzato sia per il controllo dell'esecuzione di un movimento prestabilito sia per il supporto nell'esecuzione di un movimento prestabilito o di una combinazione di queste due cose, in cui viene rilevato e supportato un movimento corretto eseguito dal paziente ed eventualmente contrastato un movimento sbagliato. For this purpose, according to the invention a mechanism with integrated joints is applied to the body of a person so that the applied mechanism can perform selected movements of the body. An integrated joint has a transmission for moving the joint and at least one position sensor for detecting the position of the control and / or the joint. Furthermore, a command is provided in the system for operating the transmissions and / or for detecting the sequence of movement by evaluating the position of the transmissions and / or joints. For example, the system according to the invention can be a mechanism to be applied to an arm or a leg, which can repeat typical movement sequences of the arm or leg. The mechanism then takes on the function of an external skeleton, which allows the repetition or initiation of the movement sequence of the human skeleton. Thanks to the configuration as a mechanism with integrated joints, the system according to the invention, in comparison with most of the traditional motor equipment, is made so lightly that after application, for example to the arm or leg of a patient, it is not so heavy as to prevent natural and free movement. Thanks to the equipment of a position sensor and a transmission for preferably each joint, which are resp. operated and evaluated by a common command in a coordinated manner, the system according to the invention can be used both for controlling the execution of a predetermined movement and for supporting the execution of a predetermined movement or a combination of these two things , in which a correct movement performed by the patient is detected and supported and possibly countered a wrong movement.

Per la realizzazione di un simile sistema si è dimostrato particolarmente vantaggioso se la trasmissione è realizzata come trasmissione girevole con un motore per la torsione di un albero di trasmissione, un sensore o codificatore di motore per il rilevamento della posizione di motore e preferibilmente di un sensore o decodificatore articolare per il rilevamento della posizione articolare. In maniera semplice il motore presenta anche un ingranaggio, in modo che il motore possa essere realizzato come motoriduttore. Ciò ha il vantaggio che per tutte le articolazioni impiegate può essere previsto lo stesso motore con la stessa elettronica e lo stesso comando e si possono realizzare diverse velocità di movimento del movimento articolare per esempio mediante diversi rapporti di trasmissione. Ciò semplifica notevolmente la struttura del sistema. For the implementation of such a system, it has proved particularly advantageous if the transmission is designed as a rotatable transmission with a motor for twisting a transmission shaft, a sensor or motor encoder for detecting the motor position and preferably a sensor. o joint decoder for the detection of the joint position. In a simple way, the motor also has a gear, so that the motor can be realized as a gearmotor. This has the advantage that the same motor with the same electronics and the same control can be provided for all the joints used and different speeds of movement of the joint movement can be achieved, for example by means of different transmission ratios. This greatly simplifies the structure of the system.

Per poter prestabilire da una parte una sequenza di movimento comandata nonché rilevare dall'altra un movimento esterno ed eventualmente supportarlo mediante comando della trasmissione o per contrastarlo, è particolarmente vantaggioso configurare la trasmissione di una o di ciascuna articolazione come servo-trasmissione, in cui è possibile uno sfasamento nella trasmissione fra un movimento di motore e un movimento articolare. Una simile servo-trasmissione presenta diversi vantaggi. Consente pertanto il rilevamento della sequenza di movimento del corpo con un meccanismo applicato rispetto alla posizione di motore nota ad un comando. Ciò è rapido e possibile con soltanto un dispendio elettronico ridotto, in modo che il sistema in maniera ideale possa essere azionato anche in modo che un movimento corporeo, esercitato sul meccanismo dall'esterno, venga supportato durante la sequenza di movimento mediante nuovo comando delle trasmissioni. Inoltre, il sistema, in caso di un movimento prestabilito mediante le trasmissioni, consente modifiche nella sequenza di movimento, che permettono di concludere se il paziente è in grado di seguire la sequenza di movimento prestabilita o se in questo caso siano subentrate maggiori resistenze. In quest'ultimo caso queste resistenze maggiori possono essere rilevate attraverso una modifica relativamente elevata fra la posizione di motore e la posizione articolare, in modo che la sequenza di movimento possa essere arrestata per evitare lesioni. In order to be able to predetermine a commanded movement sequence on the one hand and to detect an external movement on the other hand and possibly support it by controlling the transmission or to counter it, it is particularly advantageous to configure the transmission of one or each joint as a servo transmission, in which it is possible a phase shift in the transmission between a motor movement and a joint movement. Such a servo transmission has several advantages. It therefore allows the detection of the movement sequence of the body with a mechanism applied with respect to the motor position known to a command. This is fast and possible with only a small amount of electronic effort, so that the system can ideally also be operated in such a way that a body movement exerted on the mechanism from the outside is supported during the movement sequence by means of a new transmission control. . Furthermore, the system, in case of a predetermined movement through the transmissions, allows changes in the movement sequence, which allow to conclude whether the patient is able to follow the predetermined movement sequence or if in this case greater resistance has occurred. In the latter case these greater resistances can be detected through a relatively large change between the motor position and the joint position, so that the movement sequence can be stopped to avoid injury.

Una configurazione particolarmente vantaggiosa della servo-trasmissione prevede che il movimento della trasmissione, in particolare dell'<’>albero di trasmissione, e il movimento dell'articolazione siano disaccoppiati mediante un accoppiamento, il cui effetto di accoppiamento aumenta con il crescere dello sfasamento, per esempio un accoppiamento elastico. In questo modo si ottiene in particolare che in caso di un movimento prestabilito, la forza esercitata da un paziente deve essere sempre di più aumentata, tanto più egli si allontana dal movimento prestabilito. In questo modo viene creato automaticamente un impulso per seguire per esempio la sequenza di movimento prestabilita da un terapeuta . A particularly advantageous configuration of the servo-transmission provides that the movement of the transmission, in particular of the propeller shaft, and the movement of the joint are decoupled by means of a coupling, the coupling effect of which increases with the increase of the phase shift. for example an elastic coupling. In this way it is achieved in particular that in the case of a predetermined movement, the force exerted by a patient must be increased more and more, the more he deviates from the predetermined movement. In this way, an impulse is automatically created to follow, for example, the movement sequence set by a therapist.

Per realizzare una sequenza di movimento prestabilita e/o per registrare un'assegnazione di movimento da parte di un corpo, a cui è applicato il meccanismo secondo l'invenzione, il comando può essere preferibilmente predisposto per prestabilire un movimento delle articolazioni del meccanismo mediante comando di una trasmissione o più trasmissioni e/o per rilevare un movimento delle articolazioni del meccanismo (per esempio mediante determinazione di uno sfasamento tra il sensore di posizione articolare e il sensore di posizione del motore) che si allontana da un indirizzamento della trasmissione, e per effettuare una registrazione secondo la modalità di funzionamento e/o di regolare di nuovo la trasmissione. In questo modo si può ottenere in particolare che la trasmissione segua il movimento di un'articolazione prestabilito dall'esterno per supportare il movimento prestabilito dall'esterno e compensare per esempio il peso proprio del meccanismo che serve da scheletro esterno, o contrasti il movimento reale del meccanismo, nella misura in cui debba essere raggiunto un altro obbiettivo di movimento (prestabilito). In order to realize a predetermined movement sequence and / or to record an assignment of movement by a body, to which the mechanism according to the invention is applied, the control can be preferably arranged to predetermine a movement of the joints of the mechanism by means of control of a transmission or more transmissions and / or to detect a movement of the joints of the mechanism (for example by determining a phase shift between the joint position sensor and the engine position sensor) that moves away from a transmission address, and for make a recording according to the operation mode and / or readjust the transmission. In this way it can be achieved in particular that the transmission follows the movement of a predetermined joint from the outside to support the predetermined movement from the outside and compensate for example the weight of the mechanism that serves as an external skeleton, or contrasts the real movement. of the mechanism, to the extent that another (predetermined) movement goal is to be achieved.

Una forma di realizzazione preferita del sistema, in particolare nella cura di danni neurologici, prevede un dispositivo per la creazione di una realtà virtuale con un display e un'unità di calcolo, con cui, tenendo conto delle coordinate di un obbiettivo del movimento per il meccanismo e della posizione attuale delle articolazioni e/o trasmissioni del meccanismo, viene rappresentata una scena che aiuta a raggiungere 1'obbiettivo del movimento. Nel caso di un meccanismo per un braccio, questo può essere per esempio un oggetto da afferrare, disposto nella posizione dell'obbiettivo del movimento. In questo modo si allena un movimento coordinato fra stimolo del cervello ed esecuzioni dell'apparato motorio, che imita fortemente una situazione reale. Mediante la simulazione di obbiettivi concreti si aiuta pertanto attivamente a livello mentale l'esecuzione della sequenza di movimento desiderata. A preferred embodiment of the system, in particular in the treatment of neurological damage, provides a device for creating a virtual reality with a display and a computing unit, with which, taking into account the coordinates of a movement target for the mechanism and the current position of the joints and / or transmissions of the mechanism, a scene is represented that helps to reach the objective of the movement. In the case of a mechanism for one arm, this can be for example an object to be grasped, arranged in the position of the target of the movement. In this way, a coordinated movement between stimulation of the brain and executions of the motor apparatus is trained, which strongly imitates a real situation. By simulating concrete objectives, the execution of the desired movement sequence is therefore actively supported on a mental level.

Secondo una realizzazione semplice, il dispositivo per la creazione di una realtà virtuale può presentare un display tridimensionale con una propria visualizzazione per ciascun occhio, che è integrato per esempio in un casco, il quale ha il rispettivo display davanti a ciascun occhio. Tenendo conto della situazione prospettica di ciascun occhio nel display separato, in questo modo si può creare in maniera attiva l'impressione di una scena tridimensionale. According to a simple embodiment, the device for creating a virtual reality can present a three-dimensional display with its own visualization for each eye, which is integrated for example in a helmet, which has the respective display in front of each eye. By taking into account the perspective situation of each eye in the separate display, the impression of a three-dimensional scene can thus be actively created.

Per consentire una pianificazione particolarmente realistica della scena per esempio tridimensionale, il dispositivo per la creazione di una realtà virtuale può tener conto di movimenti della testa e/o degli occhi rispetto al meccanismo, in particolare se il dispositivo presenta un casco dotato di relativi sensori. To allow a particularly realistic planning of the scene, for example three-dimensional, the device for creating a virtual reality can take into account head and / or eye movements with respect to the mechanism, in particular if the device has a helmet equipped with relative sensors.

La presente invenzione si riferisce anche ad un procedimento per la riabilitazione con l'utilizzo del sistema prescritto, in cui il comando presenta una modalità di funzionamento sincrona, una modalità di funzionamento asincrona e/o una modalità di funzionamento virtuale, per eseguire una sequenza di movimento prestabilita. Le modalità di funzionamento, in seguito descritte ancora più nel dettaglio, secondo l'invenzione possono anche essere fra loro combinate. The present invention also refers to a procedure for rehabilitation with the use of the prescribed system, in which the control has a synchronous operating mode, an asynchronous operating mode and / or a virtual operating mode, to perform a sequence of predetermined movement. The operating modes, hereinafter described even more in detail, according to the invention can also be combined with each other.

Nella modalità di funzionamento sincrona, secondo l'invenzione possono essere utilizzati due meccanismi, di cui un meccanismo è un meccanismo master e un meccanismo è un meccanismo slave, nel qual caso il meccanismo master prestabilisce una sequenza di movimento e il meccanismo slave esegue, cioè ripete la sequenza di movimento prestabilita. I meccanismi possono essere meccanismi identici o meccanismi corrispondenti fra loro, per esempio per un braccio sinistro o un braccio destro. In questo modo, per esempio, un terapeuta con il braccio sano o un braccio sano del paziente stesso può prestabilire la sequenza di movimento per il braccio malato. In the synchronous mode of operation, according to the invention, two mechanisms can be used, of which a mechanism is a master mechanism and a mechanism is a slave mechanism, in which case the master mechanism pre-establishes a sequence of motion and the slave mechanism executes, i.e. repeats the preset movement sequence. The mechanisms can be identical mechanisms or mechanisms corresponding to each other, for example for a left arm or a right arm. In this way, for example, a therapist with a healthy arm or a patient's own healthy arm can predetermine the movement sequence for the affected arm.

In questo caso il comando può controllare la sequenza di movimento nel meccanismo slave e in caso di deviazioni dal movimento prestabilito, che in particolare sono parametrabili, può informare il meccanismo master. 1/ informazione può avvenire per esempio mediante blocco, accelerazione e/o rallentamento della sequenza di movimento. Poiché secondo l'invenzione si rileva in che modo avviene la deviazione dal movimento prestabilito, mediante opportuni segnali al meccanismo master può essere indicato dove si stanno verificando le deviazioni. Ciò consente al terapeuta di riconoscere le cause delle deviazioni e di intraprendere le opportune misure terapeutiche. In this case, the command can control the motion sequence in the slave mechanism and in case of deviations from the predetermined motion, which in particular can be parameterised, it can inform the master mechanism. The information can take place, for example, by blocking, accelerating and / or slowing down the movement sequence. Since according to the invention it is detected how the deviation from the predetermined movement occurs, by means of suitable signals to the master mechanism it can be indicated where the deviations are occurring. This allows the therapist to recognize the causes of deviations and to take appropriate therapeutic measures.

Nel caso di una modalità di funzionamento asincrono, secondo l'invenzione in una prima tappa con il meccanismo può essere registrata una sequenza di movimento e la sequenza di movimento registrata può essere eseguita in una seconda tappa, nel qual caso la sequenza di movimento registrata può essere memorizzata a questo scopo nel comando ed essere trasmessa al meccanismo per l'esecuzione. In the case of an asynchronous operating mode, according to the invention, a movement sequence can be recorded with the mechanism in a first step and the registered movement sequence can be performed in a second step, in which case the registered movement sequence can be stored for this purpose in the command and transmitted to the mechanism for execution.

Nel caso di una modalità di funzionamento virtuale, che in particolare è combinabile con la modalità di funzionamento asincrona, la sequenza di movimento da eseguire viene supportata dalla rappresentazione di una realtà virtuale su un display, creando una scena che fornisce uno stimolo, a colui che la esegue, a raggiungere 1'obbiettivo di movimento del meccanismo partendo dalla posizione attuale del meccanismo. L'obbiettivo del movimento in questo caso può essere in particolare una posizione finale ovvero obbiettivo o una posizione intermedia definita di una sequenza di movimento che può essere prestabilita. In the case of a virtual operating mode, which in particular can be combined with the asynchronous operating mode, the movement sequence to be performed is supported by the representation of a virtual reality on a display, creating a scene that provides a stimulus to the one who performs it, to reach the objective of movement of the mechanism starting from the current position of the mechanism. The objective of the movement in this case can in particular be a final or target position or a defined intermediate position of a sequence of movement which can be predetermined.

La stimolazione può essere ulteriormente supportata facendo in modo che la scena virtualmente rappresentata possa essere adattata in maniera continuativa alla reale sequenza di movimento del meccanismo . The stimulation can be further supported by ensuring that the virtually represented scene can be continuously adapted to the real movement sequence of the mechanism.

Per poter configurare diverse intensità di terapia, secondo l'invenzione, in maniera particolarmente vantaggiosa, è previsto che l'entità del supporto della sequenza di movimento possa essere parametrabile mediante la trasmissione. A questo scopo possono essere predefinìti per esempio momenti di trasmissione che le trasmissioni del meccanismo devono eseguire. La predefinizione può avvenire in una scala fra un momento di trasmissione massimo, che viene scelto in modo che non si verifichino assolutamente lesioni sul corpo guidato, e un momento di trasmissione minimo, che compensa esattamente il peso proprio del meccanismo e pertanto non significa nessun supporto nella sequenza di movimento. In order to be able to configure different therapy intensities, according to the invention, in a particularly advantageous manner, it is provided that the extent of the support of the movement sequence can be parameterised by means of the transmission. For this purpose, for example, transmission moments which the transmissions of the mechanism are to carry out can be predefined. The pre-setting can take place on a scale between a maximum transmission moment, which is chosen so that absolutely no injuries occur on the driven body, and a minimum transmission moment, which exactly compensates for the mechanism's own weight and therefore does not mean any support. in the movement sequence.

Preferibilmente, nel procedimento secondo 1'invenzione tramite il comando viene rilevata la deviazione della sequenza di movimento dalla sequenza di movimento prestabilita. Ciò può essere ottenuto facendo in modo che venga determinata una retta di collegamento fra 1'obbiettivo del movimento (posizione finale o posizione intermedia) e il punto terminale del meccanismo, che deve raggiungere 1'obbiettivo del movimento, e partendo dal punto terminale del meccanismo venga definito un cono con un angolo di apertura predetermìnabile intorno a questa retta di collegamento. L'angolo di apertura può quindi essere scelto ovvero prestabilito in modo che nel caso di una permanenza del punto terminale del meccanismo all'interno del cono, resti possibile un raggiungimento dell'obbiettivo di movimento anche nel caso che il punto terminale del meccanismo devi dalla retta di collegamento, senza che debbano presentarsi gradienti di una variazione direzionale che stanno al di sopra di un valore di regolazione, cioè che nel corso della sequenza di movimento non dovrebbero essere effettuate forti variazioni di direzione per poter ancora raggiungere l'obbiettivo. Viene poi controllato se il punto terminale del meccanismo esce da questo cono, e in questo caso il comando può contrastare il movimento per supportare la corretta sequenza di movimento. Questa verifica viene ripetuta continuamente con il movimento del meccanismo, cosicché ogni volta viene controllata la posizione attuale del meccanismo rispetto all'obbiettivo finale o intermedio. Preferably, in the method according to the invention, the deviation of the movement sequence from the predetermined movement sequence is detected by means of the command. This can be achieved by making sure that a connection line is determined between the objective of the movement (final position or intermediate position) and the end point of the mechanism, which must reach the objective of the movement, and starting from the end point of the mechanism. a cone is defined with a predeterminable opening angle around this connecting straight line. The opening angle can therefore be chosen or predetermined so that in the case of a permanence of the end point of the mechanism inside the cone, it is possible to reach the movement objective even if the end point of the mechanism deviates from the connecting straight line, without the occurrence of gradients of a directional variation that are above an adjustment value, i.e. that during the movement sequence no major changes in direction should be made in order to still reach the target. It is then checked to see if the end point of the mechanism comes out of this cone, and in this case the command can counteract the movement to support the correct movement sequence. This check is repeated continuously with the movement of the mechanism, so that each time the current position of the mechanism with respect to the final or intermediate objective is checked.

Per supportare in maniera attiva il rispetto di una sequenza di movimento prestabilita, il comando, in caso di rilevamento di una deviazione nella sequenza di movimento, può azionare le trasmissioni in modo che sia supportata la sequenza di movimento corretta. Se ciò non dovesse essere più ottenibile, il comando può ricordarsi l'ultima posizione finale corretta ovvero la posizione della fuoriuscita dal cono prescritto, sbloccare completamente il movimento ed eventualmente iniziare un supporto del movimento libero seguendo le trasmissioni per evitare lesioni. In questo modo è possibile riprendere la terapia proprio nel punto di interruzione, dopo che il meccanismo è stato portato di nuovo in questa posizione mediante il comando su un ordine di comando. To actively support adherence to a predetermined motion sequence, the control can, in case of detection of a deviation in the motion sequence, operate the transmissions so that the correct motion sequence is supported. If this is no longer obtainable, the command can remember the last correct final position or the position of the exit from the prescribed cone, completely unlock the movement and possibly start a free movement support following the transmissions to avoid injuries. This makes it possible to resume therapy right at the point of interruption, after the mechanism has been brought back to this position by command on a command command.

In seguito il sistema e il procedimento secondo 1'invenzione vengono descritti più nel dettaglio sulla base dell'esempio di un meccanismo applicabile per un braccio destro e un braccio sinistro, da cui risultano ulteriori caratteristiche, vantaggi e possibilità di applicazione della presente invenzione. In questo caso tutte le caratteristiche descritte e/o rappresentate con immagini di per sé o in qualsiasi combinazione costituiscono l'oggetto della presente invenzione, anche indipendentemente dalla loro riepilogazione nel.le rivendicazioni o dai loro riferimenti. Hereinafter, the system and the method according to the invention are described in more detail on the basis of the example of a mechanism applicable for a right arm and a left arm, from which further characteristics, advantages and possibilities of application of the present invention result. In this case, all the characteristics described and / or represented with images per se or in any combination constitute the object of the present invention, even independently of their summarization in the claims or their references.

Mostrano: They show:

fig. 1 un sistema, secondo l'invenzione, per la riabilitazione del braccio destro e sinistro di un paziente; fig. 1 a system, according to the invention, for the rehabilitation of the right and left arm of a patient;

fig. 2 un meccanismo configurato come » fig. 2 a mechanism configured as "

scheletro di braccio esterno secondo fig. 1 in una vista dettagliata; external arm skeleton according to fig. 1 in a detailed view;

fig. 3 una trasmissione, secondo l'invenzione, del meccanismo secondo fig. 2; fig. 3 a transmission, according to the invention, of the mechanism according to fig. 2;

fig. 4 un diagramma schematico dei componenti del sistema per la riabilitazione secondo 1'invenzione; fig. 4 a schematic diagram of the components of the rehabilitation system according to the invention;

fig. 5 un diagramma di flusso di segnale per l'esecuzione di un procedimento secondo l'invenzione per la riabilitazione in una modalità di funzionamento asincrona; fig. 5 a signal flow diagram for carrying out a method according to the invention for rehabilitation in an asynchronous operating mode;

fig. 6 un diagramma di flusso di segnale per l'esecuzione di un procedimento secondo l'invenzione per la riabilitazione in una modalità di funzionamento sincrona e fig. 6 a signal flow diagram for carrying out a method according to the invention for rehabilitation in a synchronous operating mode and

fig. 7 una diagramma di flusso di segnale per l'esecuzione di un procedimento per la riabilitazione in una modalità di funzionamento virtuale . fig. 7 is a signal flow diagram for carrying out a procedure for rehabilitation in a virtual mode of operation.

In fig. 1 è rappresentato un meccanismo 1, facente parte di un sistema per la riabilitazione, che è configurato come scheletro esterno per un braccio destro ovvero un braccio sinistro 2 di un corpo. In fig. 1 il meccanismo 1 è rappresentato in uno stato applicato al braccio 2 di una persona. Il meccanismo 1 presenta articolazioni integrate 3, in cui a ciascuna articolazione integrata 3 è associata una trasmissione 4 per il movimento dell'articolazione 3. Il meccanismo 1 con le articolazioni 3 e la trasmissione 4 ogni volta associata è descritto più nel dettaglio nel seguito in riferimento alle figg. 2 e 3. In questo caso occorre sottolineare che il meccanismo 1, configurato come scheletro di braccio esterno, rappresenta soltanto una forma di realizzazione dell'<’>invenzione, a cui tuttavia l'invenzione non si limita. Meccanismi 1 corrispondenti sono pensabili in linea di massima, nello stesso modo di funzionamento o in una realizzazione opportunamente adeguata, anche per l'applicazione ad altre parti del corpo, in particolare braccia, busto, testa o sim. In fig. 1 shows a mechanism 1, forming part of a rehabilitation system, which is configured as an external skeleton for a right arm or a left arm 2 of a body. In fig. 1 the mechanism 1 is shown in a state applied to the arm 2 of a person. The mechanism 1 has integrated joints 3, in which a transmission 4 is associated with each integrated joint 3 for the movement of the joint 3. The mechanism 1 with the joints 3 and the transmission 4 associated each time is described in more detail below in reference to figs. 2 and 3. In this case it should be emphasized that the mechanism 1, configured as an external arm skeleton, represents only an embodiment of the invention, to which, however, the invention is not limited. Corresponding mechanisms 1 are conceivable in principle, in the same operating mode or in a suitably suitable embodiment, also for application to other parts of the body, in particular arms, torso, head or the like.

Il meccanismo 1, rappresentato in fig. 2 in un disegno costruttivo in vista tridimensionale, presenta nel complesso sei articolazioni da 3a a 3f e consente pertanto nel complesso sei gradi di libertà di movimento. Le diverse articolazioni 3 sono collegate fra loro mediante parti di meccanismo 5, adeguatamente conformate e collegate, in modo da consentire 1'applicazione del meccanismo 1 al braccio 2 di una persona. Inoltre, ogni articolazione 3 è dotata di una trasmissione 4, che verrà descritta più avanti ancor più dettagliatamente in riferimento alla fig. 3. The mechanism 1, represented in fig. 2 in a constructive drawing in three-dimensional view, has overall six articulations from 3a to 3f and therefore allows overall six degrees of freedom of movement. The different joints 3 are connected to each other by means of parts of the mechanism 5, suitably shaped and connected, so as to allow the application of the mechanism 1 to the arm 2 of a person. Furthermore, each articulation 3 is equipped with a transmission 4, which will be described further on even more in detail with reference to fig. 3.

L'articolazione 3a è configurata come articolazione girevole per ripetere nella spalla un'angolazione del braccio. Con l'articolazione 3b, configurata ugualmente come articolazione girevole, può essere ripetuta una rotazione del braccio attorno al suo asse longitudinale della parte superiore del braccio. L'articolazione 3c, configurata come ulteriore articolazione girevole, ripete un movimento per il sollevamento del braccio in avanti o all'indietro, in cui l'articolazione configurata come articolazione di spostamento lineare 3d esegue in questo caso la compensazione longitudinale fino al gomito. L'articolazione girevole 3e è responsabile dell'esecuzione di un movimento di piegamento del gomito, nel qual caso l'articolazione di spostamento lineare 3f esegue a sua volta la compensazione longitudinale del meccanismo 1 fino all'articolazione del polso. Joint 3a is configured as a pivot joint for repeating an angle of the arm in the shoulder. With the joint 3b, configured equally as a rotatable joint, a rotation of the arm about its longitudinal axis of the upper arm can be repeated. The joint 3c, configured as a further pivoting joint, repeats a movement for lifting the arm forward or backward, in which the joint configured as a linear displacement joint 3d performs in this case the longitudinal compensation up to the elbow. The pivot joint 3e is responsible for carrying out a bending movement of the elbow, in which case the linear displacement joint 3f in turn performs the longitudinal compensation of the mechanism 1 up to the wrist joint.

Per fissare il meccanismo 1 al braccio del paziente, nella zona dell'articolazione del polso è disposto un manicotto 6, che circonda l'articolazione del polso, e nella zona del gomito è disposto un manicotto 6 semicircolare, che può eventualmente essere fissato al gomito con una fascia non rappresentata. To secure the mechanism 1 to the patient's arm, a sleeve 6 is arranged in the wrist joint area, which surrounds the wrist joint, and a semicircular sleeve 6 is arranged in the elbow area, which can optionally be attached to the elbow with a band not represented.

A ciascuna articolazione da 3a a 3f è associata una trasmissione 4 propria, che, come si vede da fig. 3, presenta un motore elettrico 7, il quale è collegato con un ingranaggio 8 ed aziona, attraverso l'ingranaggio 8, un albero di trasmissione 9 per l'esecuzione del movimento desiderato (torsione o traslazione). Per rilevare la posizione della trasmissione 4 è previsto un rilevatore di posizione del motore 10. To each articulation from 3a to 3f is associated a transmission 4 of its own, which, as can be seen from fig. 3, has an electric motor 7, which is connected to a gear 8 and drives, through the gear 8, a transmission shaft 9 to perform the desired movement (torsion or translation). An engine position detector 10 is provided to detect the position of the transmission 4.

Λ causa della configurazione della trasmissione 4 come motore ad ingranaggio, un movimento dell'articolazione 3, collegata alla trasmissione 4, è quindi possibile soltanto se viene azionato il motore 7, nel caso che l'albero di trasmissione 9 fosse collegato direttamente con l'articolazione 3. Poiché è tuttavia auspicabile che il meccanismo 1 possa essere azionato anche mediante un movimento del braccio, senza che il movimento sia avviato dalla trasmissione 4, per il collegamento dell'albero di trasmissione 9 con l'articolazione 3 è previsto un accoppiamento 11 configurato come servo-accoppiamento, che consente nella trasmissione 4 uno sfasamento di un movimento di motore e di un movimento articolare. In questo caso è previsto che l'effetto di accoppiamento dell'accoppiamento 11 aumenti con l'aumentare dello sfasamento fra la posizione dell'albero di trasmissione 9 e la posizione dell'articolazione 3, al cui scopo nell'accoppiamento 11 è prevista una molla 12 tesa in corrispondenza allo sfasamento. Per rilevare lo sfasamento fra la trasmissione 4 ovvero il suo albero di trasmissione 9 e l'articolazione 3, nella trasmissione 4 sull'articolazione 3 è previsto un rilevatore di posizione 13 dell'articolazione, che rileva la posizione dell'articolazione. Dalla differenza fra la posizione dell'articolazione φνe la posizione del motore cpMpuò quindi essere determinato lo sfasamento Δφ, che indica un movimento proprio dell'articolazione 3 e quindi del meccanismo 1 rispetto alla trasmissione 4. Due to the configuration of the transmission 4 as a gear motor, a movement of the joint 3, connected to the transmission 4, is therefore only possible if the motor 7 is operated, in the event that the transmission shaft 9 is directly connected to the joint 3. However, since it is desirable that the mechanism 1 can also be operated by a movement of the arm, without the movement being initiated by the transmission 4, a coupling 11 is provided for the connection of the transmission shaft 9 with the joint 3 configured as a servo-coupling, which allows a phase shift of a motor movement and a joint movement in the transmission 4. In this case it is envisaged that the coupling effect of the coupling 11 increases with the increase of the phase shift between the position of the transmission shaft 9 and the position of the articulation 3, for the purpose of which a spring is provided in the coupling 11 12 stretched in correspondence to the phase shift. In order to detect the displacement between the transmission 4 or its transmission shaft 9 and the joint 3, in the transmission 4 on the joint 3 there is a position detector 13 of the joint, which detects the position of the joint. From the difference between the position of the joint φν and the position of the motor cpM, the phase shift Δφ can therefore be determined, which indicates a movement of the joint 3 and therefore of the mechanism 1 with respect to the transmission 4.

Le posizioni, rilevate mediante i rilevatori di posizione 10, 13, della trasmissione 4 e dell'articolazione 3 venqono monitorate in un comando 14 per esempio come sfasamento Δφ, che coordina tutte le funzioni del sistema 15 per la riabilitazione. Se lo sfasamento Δφ, determinato nel comando 14, supera un valore soglia prestabilito, in particolare configurabile, può essere attivata la trasmissione 4 associata a questo sfasamento Δφ per trasportare l'albero di trasmissione 9 in modo che lo sfasamento fra la trasmissione 4 e l'articolazione 3 scompaia e da parte della persona, al cui braccio è applicato il meccanismo 1, non debba essere impiegata nessuna forza supplementare contro il meccanismo 1 per mantenere la posizione del braccio. The positions, detected by the position detectors 10, 13, of the transmission 4 and of the articulation 3 are monitored in a command 14 for example as phase shift Δφ, which coordinates all the functions of the system 15 for rehabilitation. If the phase shift Δφ, determined in the command 14, exceeds a predetermined threshold value, in particular configurable, the transmission 4 associated with this phase shift Δφ can be activated to transport the transmission shaft 9 so that the phase shift between the transmission 4 and the the joint 3 disappears and by the person, to whose arm the mechanism 1 is applied, no additional force must be used against the mechanism 1 to maintain the position of the arm.

Questa ed altre funzioni vengono eseguite dal comando centrale 14 del sistema 15, rappresentato in fig. 3, per la riabilitazione, che a questo scopo è collegato ad un'unità di comando 16, che è in collegamento ogni volta con il meccanismo 1 e le trasmissioni 4 che vi si trovano all'interno. L'unità di comando 16 stessa è realizzata in questo caso preferibilmente come modulare, costituita da più elaboratori paralleli, mediante cui è a disposizione una capacità di calcolo sufficiente per consentire un comando in tempo reale di tutte le trasmissioni 4 nel meccanismo 1 e per leggere i dati di posizionamento selezionati del rilevatore di posizione del motore 10 e del rilevatore di posizione dell'articolazione 13. In questo caso l'unità di comando 16 preferibilmente può già calcolare possibili sfasamenti Δφ ed inoltrarli al comando centrale. Naturalmente è anche possibile installare un comando 14 per il calcolo di uno sfasamento Δφ. Il sistema 15 presenta inoltre un'unità 17, collegata al comando 14, per la creazione di una realtà virtuale, che successivamente verrà descritta ancor più dettagliatamente . This and other functions are performed by the central control 14 of the system 15, shown in fig. 3, for rehabilitation, which for this purpose is connected to a control unit 16, which is connected each time with the mechanism 1 and the transmissions 4 that are inside it. In this case, the control unit 16 itself is preferably designed as modular, consisting of several parallel processors, by means of which sufficient computing capacity is available to allow real-time control of all transmissions 4 in mechanism 1 and to read the selected positioning data of the position detector of the motor 10 and of the position detector of the joint 13. In this case, the control unit 16 can preferably already calculate possible displacements Δφ and forward them to the central control. Of course it is also possible to install a control 14 for the calculation of a phase shift Δφ. The system 15 also has a unit 17, connected to the control 14, for the creation of a virtual reality, which will subsequently be described in even more detail.

Inoltre, il comando 14 è collegato con un'unità di banca dati 18 di per sé nota, in cui possono essere memorizzati sia dati rilevanti per l'azionamento del meccanismo 1, sia dati terapeutici riguardanti il paziente o sim., i quali possono essere opportunamente immessi, elaborati e richiamati tramite un programma di gestione integrato nel comando 14. E' anche possibile rilevare il decorso terapeutico attraverso più sedute e i risultati motori di una seduta terapeutica mediante i rilevatori di posizione 10, 13, valutarli nel comando 14 e depositarli come storia nell'unità di banca dati ovvero di memoria 18, in modo che un terapeuta possa avere accesso a vecchi dati riguardanti la terapia per il confronto di un progresso terapeutico o sim. Sequenze di movimento prestabilite, che devono essere eseguite dal meccanismo 1, possono anche essere archiviate sotto forma di files di controllo corrispondenti. Per l'azionamento il comando 14 presenta un'unità di azionamento 19. In questo modo il sistema 15 rappresenta un sistema completo per la riabilitazione, che accanto all'esecuzione attiva di una terapia motoria mediante un meccanismo 1, consente anche la gestione, l'archiviazione e la valutazione delle terapie per uno o più pazienti. Furthermore, the control 14 is connected to a database unit 18 known per se, in which both data relevant for the operation of the mechanism 1 and therapeutic data concerning the patient or the like can be stored, which can be appropriately entered, processed and recalled through a management program integrated in command 14. It is also possible to detect the therapeutic course through several sessions and the motor results of a therapeutic session by means of the position detectors 10, 13, evaluate them in command 14 and deposit them as history in the database or memory unit 18, so that a therapist can have access to old data regarding the therapy for comparison of a therapeutic progress or sim. Pre-established motion sequences, which must be executed by mechanism 1, can also be archived in the form of corresponding control files. For the actuation, the control 14 has an actuation unit 19. In this way the system 15 represents a complete system for rehabilitation, which in addition to the active execution of a motor therapy by means of a mechanism 1, also allows the management, '' archiving and evaluation of therapies for one or more patients.

La seguente descrizione si concentra tuttavia sul funzionamento del meccanismo 1 in diverse modalità di funzionamento, che sono illustrate più nel dettaglio sulla base delle figg. da 5 a 7. Tuttavia, oggetto della presente invenzione è il sistema globale 15, precedentemente rappresentato, con tutte le sue funzioni. However, the following description focuses on the operation of the mechanism 1 in different operating modes, which are illustrated in more detail on the basis of figs. 5 to 7. However, the object of the present invention is the global system 15, previously represented, with all its functions.

In relazione al diagramma di flusso, rappresentato in fig. 5, dovrà essere descritto un procedimento per la riabilitazione con il sistema 15, descritto precedentemente, in una modalità di funzionamento asincrona. In relation to the flow diagram, represented in fig. 5, a procedure for rehabilitation with the system 15 described above must be described in an asynchronous operating mode.

Nella modalità di.funzionamento asincrona, mediante il meccanismo 1, applicato al braccio 2 di un paziente, viene eseguito un esercizio predefinito, in cui le trasmissioni 4 del meccanismo 1 muovono le articolazioni 3 secondo un programma motorio prestabilito per eseguire un movimento del braccio 2 del paziente. Per l'assegnazione della sequenza di movimento il meccanismo 1 viene dapprima spostato in una modalità di registrazione per registrare una sequenza di movimento in una prima tappa con il meccanismo 1. A questo scopo il meccanismo 1 può essere applicato al paziente, che esegue una sequenza di movimento secondo le assegnazioni del terapeuta. In alternativa il terapeuta può anche applicare<■>il meccanismo 1 e registrare la sequenza di movimento desiderata. Questa sequenza di movimento registrata viene elaborata dal comando 14 e memorizzata per esempio come file nell'unità di banca dati 18, da cui il file può essere in ogni momento ricaricato nel comando 14 per eseguire la sequenza dì movimento nell'ambito della terapia. In the asynchronous operating mode, by means of the mechanism 1, applied to the arm 2 of a patient, a predefined exercise is performed, in which the transmissions 4 of the mechanism 1 move the joints 3 according to a predetermined motor program to perform a movement of the arm 2 of the patient. For the assignment of the movement sequence, mechanism 1 is first moved to a recording mode to record a movement sequence in a first step with mechanism 1. For this purpose, mechanism 1 can be applied to the patient, who executes a sequence of movement according to the therapist's assignments. Alternatively, the therapist can also apply <■> mechanism 1 and record the desired movement sequence. This recorded movement sequence is processed by the command 14 and stored for example as a file in the database unit 18, from which the file can be reloaded at any time in the command 14 to execute the movement sequence within the therapy.

All'inizio della registrazione il meccanismo 1 si trova in una posizione di reset, in cui viene portato nella modalità di registrazione premendo il tasto di registrazione (non rappresentato). Al fine di prestabilire la posizione di avvio della sequenza di movimento, l'interruttore viene premuto e mantenuto premuto nella posizione di reset del meccanismo 1, fino a che il meccanismo 1 viene portato nella posizione di avvio desiderata per la sequenza di movimento. Durante questo movimento ciascuna trasmissione 4 trasmette all'unità di comando 16 le posizioni di articolazione cpve le posizioni di motore φΜregistrate, che le elabora e rileva la posizione attuale del meccanismo in funzione del tempo. Poiché il movimento non viene avviato dalle trasmissioni 4, in questo caso si verifica uno sfasamento Δφ tra la posizione di articolazione φνe la posizione di motore cpM, che utilizza l'unità di comando 16 come parte del comando 14 per trasmettere un ordine di movimento B (Δφ) in funzione dello sfasamento Δφ all'apparecchio di comando 20, il quale successivamente inoltra un comando di regolazione S alle rispettive trasmissioni 4 per azionare i motori elettrici 7. Ciò significa che il meccanismo 1 viene trasportato, mediante il comando 14 ovvero l'unità di comando 16, secondo il movimento prestabilito dal braccio 2 per ottenere uno sfasamento pari a Δφ = 0. At the start of recording, mechanism 1 is in a reset position, where it is brought into record mode by pressing the record button (not shown). In order to predetermine the starting position of the motion sequence, the switch is pressed and held in the reset position of the mechanism 1, until the mechanism 1 is brought into the starting position desired for the motion sequence. During this movement, each transmission 4 transmits to the control unit 16 the articulation positions cpv and the registered motor positions φΜ, which processes them and detects the current position of the mechanism as a function of time. Since the movement is not initiated by the transmissions 4, in this case there is a phase shift Δφ between the articulation position φν and the motor position cpM, which uses the control unit 16 as part of the control 14 to transmit a movement command B (Δφ) as a function of the phase shift Δφ to the control unit 20, which subsequently forwards a control command S to the respective transmissions 4 to drive the electric motors 7. This means that the mechanism 1 is transported, by means of the control 14 or l control unit 16, according to the movement predetermined by the arm 2 to obtain a phase shift equal to Δφ = 0.

Quando viene raggiunta la posizione di avvio, l'interruttore, non rappresentato, viene rilasciato e inizia la registrazione della sequenza di movimento, in cui il meccanismo 1 viene poi trasportato, nella maniera precedentemente descritta, secondo il movimento del braccio 2. Appena viene raggiunta la posizione finale della sequenza di movimento, viene azionato ancora una volta l'interruttore per visualizzare la fine della sequenza di movimento. Successivamente l'unità di comando 16 riporta il meccanismo 1 nella posizione di reset, in cui il meccanismo 1 può essere tolto dal braccio 2. La funzione di registrazione del meccanismo 1 viene quindi disattivata e viene memorizzata la sequenza di movimento prestabilita. When the start position is reached, the switch, not shown, is released and the recording of the movement sequence begins, in which the mechanism 1 is then transported, in the manner previously described, according to the movement of the arm 2. As soon as it is reached the end position of the movement sequence, the switch is operated once more to display the end of the movement sequence. The control unit 16 then returns the mechanism 1 to the reset position, in which the mechanism 1 can be removed from the arm 2. The recording function of the mechanism 1 is then deactivated and the predetermined movement sequence is stored.

Se 1'esercizio deve essere eseguito con la sequenza di movimento registrata, dalla banca dati 18 viene caricato nell'unità di comando 14 un corrispondente file di dati. La sequenza di movimento ψ prestabilita viene inoltrata alle rispettive unità di comando 16, che emettono un comando di movimento, in funzione della sequenza di movimento ψ memorizzata come B (ψ), all'unità di comando 20, che successivamente produce il comando di regolazione S per il motore 7 della trasmissione 4. If the exercise is to be carried out with the recorded motion sequence, a corresponding data file is loaded into the control unit 14 from the database 18. The predetermined movement sequence ψ is forwarded to the respective control units 16, which issue a movement command, according to the movement sequence ψ stored as B (ψ), to the control unit 20, which subsequently produces the adjustment command S for engine 7 of transmission 4.

Durante l'esecuzione dell'esercizio esiste la possibilità di modificare la velocità di esecuzione mediante il comando 14. In linea di massima i movimenti vengono eseguiti esattamente alla velocità con cui sono registrati. Questa sequenza di movimento tuttavia può essere accelerata o rallentata a piacimento per esempio mediante immissione di una modifica in percentuale. During the execution of the exercise, it is possible to change the execution speed using command 14. In principle, the movements are executed exactly at the speed with which they are recorded. However, this movement sequence can be speeded up or slowed down as desired, for example by entering a percentage change.

Esiste anche la possibilità di regolare nel comando 14 il grado di difficoltà dell'esercizio. Ciò avviene mediante scelta dell'entità di supporto al movimento mediante la trasmissione 4 elettrica. Un simile valore può essere indicato in percentuale, per esempio in livelli fino al momento di coppia massimo, con cui il meccanismo 1 viene supportato in ciascuna articolazione 3, nel caso che il paziente non contribuisca affatto alla sequenza di movimento desiderata, al fine di guidare il braccio del paziente. Come limite inferiore della regolabilità può essere scelto un momento di coppia minimo, che non fornisce alcun supporto attivo al movimento, ma è sufficiente soltanto a supportare il peso proprio del meccanismo per non rendere difficile il movimento del paziente a causa del peso proprio del meccanismo. Fra questi due valori di un momento di coppia minimo e massimo può essere regolato un supporto in maniera libera o a livelli prestabiliti. There is also the possibility of regulating the degree of difficulty of the exercise in command 14. This is done by selecting the motion support entity by means of the electrical transmission 4. Such a value can be indicated as a percentage, for example in levels up to the maximum torque moment, with which the mechanism 1 is supported in each joint 3, in the event that the patient does not contribute at all to the desired movement sequence, in order to drive the patient's arm. A minimum torque moment can be chosen as the lower limit of adjustability, which does not provide any active support to the movement, but is only sufficient to support the self-weight of the mechanism so as not to make it difficult for the patient to move due to the self-weight of the mechanism. Between these two values of a minimum and maximum torque moment, a support can be adjusted freely or at predetermined levels.

Anche durante l'esecuzione dell'esercizio, mediante i rilevatori di posizione 10, 13 nelle trasmissioni 4 vengono rilevate le posizioni di articolazione cpve le posizioni di motore cpMe trasmesse all'unità di comando 16, che determina lo sfasamento Δφ per ciascuna singola trasmissione. Questi sfasamenti Δφ vengono quindi trasmessi al comando 14 per ciascuna trasmissione 4, il quale è pertanto in grado di verificare la qualità dell'esecuzione della sequenza di movimento eseguita dal paziente, controllando e valutando gli sfasamenti Δφ delle diverse trasmissioni 4. Ciò è possibile in molte unità di comando 16 quasi in tempo reale grazie alle servo-trasmissioni 4 e dell'elaborazione di segnale parallela. Also during the execution of the exercise, by means of the position detectors 10, 13 in the transmissions 4 the articulation positions cpv and the motor positions cpMe transmitted to the control unit 16 are detected, which determines the phase shift Δφ for each individual transmission. These offsets Δφ are then transmitted to the control 14 for each transmission 4, which is therefore able to verify the quality of the execution of the movement sequence performed by the patient, checking and evaluating the offsets Δφ of the different transmissions 4. This is possible in many control units 16 in near real time thanks to 4 servo transmissions and parallel signal processing.

Movimenti che differiscono dalla sequenza di movimento prestabilita, per esempio movimenti spastici o una sequenza di movimento accelerata, vengono riconosciuti dal comando 14 per esempio attraverso il superamento di determinate soglie, definibili anche individualmente e parametrabili. In caso di superamento di queste soglie, il- comando 14 prestabilisce quindi che l'unità di comando 16 debba seguire i movimenti del paziente mediante nuova regolazione dello sfasamento Δφ con l'ordine di movimento B (ψ) per evitare lesioni. Nel contempo vengono registrati l'ultima posizione regolare del meccanismo 1 nell'ambito dell'ordine di movimento e il movimento che differisce, fino a che subentra un'interruzione dei movimenti scoordinati o sbagliati. Successivamente il comando 14 prestabilisce un ritorno all'indietro del movimento del meccanismo, che preferibilmente viene eseguito con il supporto massimo. Appena viene raggiunto il punto di partenza del movimento scoordinato, si passa di nuovo nella modalità che esegue la sequenza di movimento prestabilita nell'ambito di un esercizio. Movements that differ from the predetermined movement sequence, for example spastic movements or an accelerated movement sequence, are recognized by the command 14 for example by exceeding certain thresholds, which can also be individually defined and parameterized. If these thresholds are exceeded, the control 14 then pre-establishes that the control unit 16 must follow the movements of the patient by re-adjusting the phase shift Δφ with the movement order B (ψ) to avoid injuries. At the same time, the last regular position of the mechanism 1 within the movement order and the movement that differs are recorded, until an interruption of the uncoordinated or wrong movements occurs. The command 14 then pre-establishes a backward return of the movement of the mechanism, which is preferably performed with maximum support. As soon as the starting point of the uncoordinated movement is reached, it switches back to the mode that performs the predetermined movement sequence within an exercise.

Nella modalità di funzionamento sincrona illustrata in fig. 6, al posto di una registrazione precedente della sequenza di movimento è previsto un secondo meccanismo 1, che verrà indicato in seguito come meccanismo master. Il meccanismo master 1 è previsto o come identico o come speculare al meccanismo 1, che deve eseguire la terapia, e verrà indicato in seguito come meccanismo slave. Il meccanismo master si trova per esempio su un braccio sano del paziente o del terapeuta, mentre il meccanismo slave si trova sul braccio da curare del paziente . In the synchronous operating mode illustrated in fig. 6, instead of a previous recording of the movement sequence, a second mechanism 1 is provided, which will be referred to hereinafter as the master mechanism. The master mechanism 1 is provided either as identical or as a mirror image to the mechanism 1, which is to perform the therapy, and will be referred to below as the slave mechanism. The master mechanism is located for example on a healthy arm of the patient or therapist, while the slave mechanism is located on the patient's arm to be treated.

Dopo 1'applicazione del meccanismo master e slave, entrambi si trovano nella loro posizione di reset. Mediante pressione di un interruttore, non rappresentato, sul meccanismo master, viene avviata la sincronizzazione del movimento dei due meccanismi 1. Con un rilascio di questo interruttore ovvero con un nuovo azionamento, il processo di azionamento sincrono viene arrestato ed entrambi i meccanismi vengono riportati nella loro posizione di reset. Un interruttore previsto eventualmente sul dispositivo slave viene disattivato nella modalità di funzionamento sincrona. After the application of the master and slave mechanism, both are in their reset position. By pressing a switch, not shown, on the master mechanism, the synchronization of the movement of the two mechanisms 1 is started. With a release of this switch or with a new actuation, the synchronous actuation process is stopped and both mechanisms are returned to the their reset position. Any switch provided on the slave device is deactivated in synchronous mode.

Mediante il rilevatore di posizione di motore 10 e il rilevatore di posizione di articolazione 13 vengono rilevate, in maniera già descritta, le posizioni di articolazione φνe la posizione di motore φΜdi tutte le trasmissioni 4 interessate del meccanismo master 1 ed inoltrate all'unità di comando 16, che da ciò determina gli sfasamenti Δφ. Gli sfasamenti Δφ di ciascuna trasmissione 4 vengono inoltrati al comando 14, che crea da ciò una sequenza di movimento ψ. Poiché preferibilmente per ogni trasmissione è prevista un'unità di comando 16 a parte, i dati delle diverse trasmissioni 4 vengono trasmessi quasi contemporaneamente al comando 14, che pertanto può creare in tempo reale la sequenza di movimento ψ e la trasmette alle unità di comando 16 del meccanismo slave 1. Queste producono un ordine di movimento B {ψ) in funzione della sequenza di movimento ψ prestabilita, che viene inoltrato all'apparecchio di comando 20 ogni volta associato per convertirlo lì in un comando di regolazione S alle trasmissioni 4 del meccanismo slave 1, in modo che il movimento possa essere eseguito pressoché in tempo reale. By means of the motor position detector 10 and the articulation position detector 13, the articulation positions φν and the motor position φΜ of all the transmissions 4 involved in the master mechanism 1 are detected in the manner already described and forwarded to the control unit 16, which from this determines the phase shifts Δφ. The phase shifts Δφ of each transmission 4 are forwarded to command 14, which creates from this a sequence of movement ψ. Since preferably a separate control unit 16 is provided for each transmission, the data of the various transmissions 4 are transmitted almost simultaneously to the control 14, which can therefore create the motion sequence ψ in real time and transmit it to the control units 16 of the slave mechanism 1. These produce a movement order B {ψ) as a function of the predetermined movement sequence ψ, which is forwarded to the control station 20 each time associated to convert it there into a control command S to the transmissions 4 of the mechanism slave 1, so that the movement can be performed almost in real time.

Come descritto precedentemente in relazione alla modalità di funzionamento asincrona, anche in questo caso può essere regolato il grado di supporto. As previously described in relation to the asynchronous operating mode, the degree of support can also be adjusted in this case.

Durante l'esecuzione del movimento mediante il meccanismo slave 1, vengono rilevate la posizione di articolazione φνe la posizione di motore φΜmediante i rilevatori di posizione 10, 13 in ciascuna trasmissione 4 del meccanismo slave 1 e inoltrate alla rispettiva unità di comando 16 del meccanismo slave 1, che determina da ciò uno sfasamento Δφ. Questo indica la qualità con cui il paziente sta seguendo il movimento prestabilito. Ciò viene monitorato nel modo descritto mediante il comando 14, che, in caso di deviazioni più marcate, può emettere un ordine di movimento B all'unità di comando 16 del meccanismo master 1, che attraverso l'apparecchio di comando 20 viene inoltrato, nella maniera nota, al meccanismo master 1, in modo che per esempio il terapeuta noti se il paziente non segue in maniera ottimale i movimenti da lui prestabiliti. In questo caso in maniera vantaggiosa viene seguito proprio il movimento modificato dal paziente. During the execution of the movement by means of the slave mechanism 1, the articulation position φν and the motor position φΜ are detected by the position detectors 10, 13 in each transmission 4 of the slave mechanism 1 and forwarded to the respective control unit 16 of the slave mechanism 1, which determines from this a phase shift Δφ. This indicates the quality with which the patient is following the predetermined movement. This is monitored in the manner described by means of the control 14, which, in the event of more marked deviations, can issue a movement command B to the control unit 16 of the master mechanism 1, which is forwarded via the control unit 20 to the in a known manner, to the master mechanism 1, so that, for example, the therapist notices if the patient does not follow his predetermined movements in an optimal manner. In this case, the movement modified by the patient is advantageously followed.

In riferimento alla fìg. 7, nel seguito viene descritta una forma di realizzazione dell'invenzione particolarmente preferita, in cui il procedimento per la riabilitazione viene eseguito in una modalità di funzionamento virtuale. A questo scopo l'unità di comando 14, che per il resto collabora con il meccanismo 1 come nelle forme di realizzazione precedentemente descritte, è collegato anche con un'unità 17 per creare una realtà virtuale, in cui sì svolge un programma per la creazione di immagini in funzione di una sequenza di movimento ψ prestabilita dal comando 14. With reference to fig. 7, a particularly preferred embodiment of the invention is described below, in which the rehabilitation process is carried out in a virtual operating mode. For this purpose the control unit 14, which otherwise cooperates with the mechanism 1 as in the previously described embodiments, is also connected with a unit 17 to create a virtual reality, in which a program for creating of images according to a sequence of movement ψ predetermined by the command 14.

L'unità 17 per la creazione di una realtà virtuale produce in questo caso preferibilmente due comandi di immagine V, che vengono inoltrati a due schermi disposti davanti agli occhi del paziente, i quali sono disposti in un casco 21 per la proiezione della realtà virtuale. Il casco 21 è dotato di sensori 22, che consentono il rilevamento della posizione del casco 21 e/o della direzione di sguardo degli occhi all'interno del casco, che vengono riportati come dati di sensore D all'unità per la creazione della realtà virtuale 17, affinché possa avvenire una reazione ad un corrispondente comportamento motorio del paziente nella creazione della realtà virtuale. The unit 17 for creating a virtual reality in this case preferably produces two image commands V, which are forwarded to two screens arranged in front of the patient's eyes, which are arranged in a helmet 21 for the projection of the virtual reality. The helmet 21 is equipped with sensors 22, which allow the detection of the position of the helmet 21 and / or the direction of gaze of the eyes inside the helmet, which are reported as sensor data D to the unit for creating virtual reality 17, so that a reaction to a corresponding motor behavior of the patient can occur in the creation of virtual reality.

In funzione della sequenza di movimento ψ prestabilita, al paziente viene quindi proiettata nel casco 21 per esempio una scena in cui egli deve afferrare un oggetto che si trova esattamente nel punto finale della sequenza di movimento ψ prestabilita. Nella maniera già descritta viene ora controllata e/o supportata la sequenza di movimento del meccanismo 1. According to the predetermined sequence of movement ψ, the patient is then projected into the helmet 21, for example, a scene in which he must grasp an object which is exactly at the end point of the predetermined movement sequence ψ. In the manner already described, the movement sequence of the mechanism 1 is now controlled and / or supported.

Per decidere se il movimento del paziente sia in accordo con la realtà virtuale prestabilita, si può per esempio decidere, partendo dalla posizione reale dell'estremità del meccanismo 1, se il movimento è orientato o no in direzione della posizione intermedia o finale prestabilita della sequenza di movimento ψ. A questo scopo, partendo dalla posizione reale del meccanismo 1, può essere definito un collegamento lineare verso 1'obbiettivo più vicino (posizione intermedia o finale) e partendo di meccanismo 1 può essere prestabilito un cono con un determinato angolo di apertura, che è misurato in modo che in caso di un proseguimento del movimento 1'obbiettivo possa essere raggiunto senza un improvviso cambiamento di direzione, che è configurabile mediante valori soglia. To decide whether the patient's movement is in accordance with the pre-established virtual reality, for example, starting from the real position of the end of the mechanism 1, it is possible to decide whether or not the movement is oriented towards the pre-established intermediate or final position of the sequence. of movement ψ. For this purpose, starting from the real position of the mechanism 1, a linear connection to the nearest objective (intermediate or final position) can be defined and starting from mechanism 1 a cone with a certain opening angle can be preset, which is measured so that in case of a continuation of the movement the target can be reached without a sudden change of direction, which is configurable by means of threshold values.

Appena il meccanismo 1 fuoriesce dall'interno di questo cono, si può intervenire in maniera correttiva. In questo caso questo procedimento viene ripetuto continuamente, in modo che abbia luogo, ogni volta in riferimento alla posizione attuale del meccanismo 1, una decisione fondata. As soon as the mechanism 1 comes out from the inside of this cone, corrective action can be taken. In this case, this procedure is repeated continuously, so that a well-founded decision takes place each time with reference to the current position of mechanism 1.

Il fatto di prevedere una realtà virtuale si adatta in particolare nella cura di malattie neurologiche, poiché in questo caso vengono simulati nel cervello gli stimoli nervosi di un mondo reale e per questo possono essere allenate le reazioni motorie tipiche in maniera pratica. The fact of predicting a virtual reality is particularly suitable in the treatment of neurological diseases, since in this case the nerve stimuli of a real world are simulated in the brain and therefore typical motor reactions can be trained in a practical way.

Lista delle cifre di riferimento: List of reference figures:

1 meccanismo sotto forma di scheletro del braccio esterno 1 mechanism in the form of a skeleton of the outer arm

2 braccio di una persona 2 arm of a person

3 articolazione 3 articulation

4 trasmissione 4 transmission

5 parti di meccanismo 5 parts of mechanism

6 manicotto 6 sleeve

7 motore elettrico 7 electric motor

8 ingranaggio 8 gear

9 albero di trasmissione 9 drive shaft

10 rilevatore di posizione di motore 10 engine position detector

11 accoppiamento 11 coupling

12 molla 12 spring

13 rilevatore di posizione di articolazione 14 comando 13 articulation position detector 14 command

15 sistema per la riabilitazione 15 rehabilitation system

16 unità di comando 16 control units

17 unità per la creazione di una realtà virtuale 17 units for creating a virtual reality

18 unità di banca dati 18 database units

19 unità di azionamento 19 drive units

20 apparecchio di comando 20 switchgear

21 casco 21 helmet

Φν posizione di articolazione <PMposizione di motore Φν articulation position <P Motor position

Δφ sfasamento Δφ phase shift

Ψ sequenza di movimento Ψ movement sequence

B ordine di comando B command order

S comando di regolazione S adjustment control

V comando di immagine V image command

D dati di sensore D sensor data

Claims

CLAIMS 1. System for rehabilitation with a mechanism (1) with integrated joints (3), applicable to a person's body so that the mechanism (1) applied can repeat chosen movements of the body, in which case a joint (3) integrated has a transmission (4) for the movement of the joint (3) and a position detector (10, 13) to detect the position of the transmission (4) and / or the joint (3), and with a command ( 14) to drive a transmission (4) and / or to detect a movement sequence by evaluating the position of the transmission (4) and / or the joint (3).

System according to claim 1, characterized in that the transmission (4) is designed as a rotatable transmission with a motor (7) for rotating a transmission shaft (9), a motor sensor (10) for detecting of the engine position and / or a pivot sensor (13) for detecting the pivot position.

System according to claim 1 or 2, characterized in that the transmission (4) is configured as a servo transmission, in which an offset in the transmission (4) between a motor movement and an articulation movement is possible.

System according to claim 3, characterized in that the movement of the transmission (4) and the movement of the joint (3) are decoupled by means of a coupling (11), the coupling effect of which increases with increasing phase shift.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the control (14) pre-establishes a movement of the joints (3) of the mechanism (1) by actuating a transmission (4) or several transmissions (4) and / or detects and registers a movement of the joints (3) of the mechanism (1) which deviates from a command of the transmission (4) and / or re-adjusts the transmission (4).

System according to one of the preceding claims, characterized by a device for creating a virtual reality with a display and a computing unit (17), in which, taking into account the coordinates of a motion target for the mechanism (1 ) and the current position of the mechanism (1), a scene supporting the movement objective is represented.

7. System according to claim 6, characterized in that the device for creating a virtual reality has a three-dimensional display with its own visualization for each eye.

System according to claim 6 or 7, characterized in that the device for creating a virtual reality takes into account head and / or eye movements with respect to the mechanism (1).

Method for rehabilitation with a system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the control (14) has a synchronous operating mode, an asynchronous operating mode and / or a virtual operating mode, to execute a predetermined sequence of movement of the mechanism (1).

Method according to claim 9, characterized in that two mechanisms (1) are used in the synchronous mode of operation, of which one mechanism (1) is a master mechanism and one mechanism (1) is a slave mechanism, in which case the master mechanism (1) pre-sets a motion sequence and the slave mechanism (1) executes the preset motion sequence.

Method according to claim 10, characterized in that the command (li) controls the motion sequence in the slave mechanism (1) and informs the master mechanism (1) in the event of deviations from the assigned motion.

Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that in the asynchronous operating mode a movement sequence is registered with the mechanism in a first step and the registered movement sequence is executed in a second step.

Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that in the virtual operating mode the sequence of movement to be performed is supported by the representation of a virtual reality on a display, in which a scene is created which provides a stimulus to the performer, to reach the objective of movement of the mechanism (1) starting from the current position of the mechanism (1).

Method according to claim 13, characterized in that the virtually represented scene is adapted to the actual movement sequence of the mechanism (1).

Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the amount of support of the motion sequence can be parameterised by means of the transmission (4).

Method according to one of claims 9 to 15, characterized in that the deviation of the movement sequence from the predetermined movement sequence is detected.

Method according to Claim 16, characterized in that the control (14) activates the transmissions (4) upon detection of a deviation in the motion sequence so that the correct motion sequence is supported.