CN101175539A - 可变阻力训练及康复手用装置 - Google Patents

可变阻力训练及康复手用装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种训练及康复手用装置。根据本发明的手用装置是便携式的，并且可被基于智能流体的制动器/缓冲器控制，以提供紧凑的轻质机构，其通过计算机控制可随时改变运动的阻力，以改变可以进行的运动，并且基于使用者的反应调节输出或康复周期。

Description

可变阻力训练及康复手用装置
相关申请的交叉引用
此申请要求美国临时申请No.60/661,625，2005年3月14日提交，名称为“智能型可变阻力训练手用装置(SMART VARIABLERESISTANCE EXERCISE HAND DEVICE)”的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本申请。
关于联邦政府资助的研究和开发声明
不适用
背景技术
为人手提供训练和康复练习的装置有很多种。这些装置通常是基于简单的机械系统如弹簧并设计成提供阻力。Heavy Grips手抓持装置和Digi-Flex康复系统属于手/手指训练装置，这些装置采用弹簧来加强手的抓持力。其它的市场上买得到的手和手指训练装置更简单。例如柔软的油灰，当使用者挤压它时，它提供阻力。其他相似的训练装置使用鸡蛋形状的橡胶球，或柔性的填充了各种材料的包。而这些装置基于所使用的材料其阻力值是固定的，不能被实时改变。因此这些装置的训练范围是有限的。为了体验不同级别的阻力，必须更换这些装置。可是，这些训练和康复装置因成本低、简单易得到，因此被普遍使用。
另一种康复装置是康复机，例如：匀速运动和CPM运动机。这些装置移动手的所有关节被动的进行整个运动范围。在提供唯一的修整康复状态给几乎任何个体的同时，这些装置提供阻力和辅助力。
发明内容
本发明目的在于所制造的装置消除现有装置的缺点。根据本发明所制造的此种手功能康复装置因使用了智能流体的制动器/缓冲器，手用装置是便携式的，并且可被基于智能流体的制动器/缓冲器控制，以提供紧凑的轻质机构，其通过计算机控制可随时改变运动的阻力，以改变可以进行的运动，并且基于使用者的反应调节输出或康复周期。
智能流体(smart fluids)是一种智能型材料，通过使用各种刺激物如电场、磁场和热能改变此材料的性能。举例说明：智能流体被加入到小型但大功率的缓冲器中做成的轻型装置的性能可被改变来适应变化的要求。在一台实施方式中，一个使用了此种称为电流变流体(ERF)的智能流体的制动器/缓冲器被提供作为具有智能流体的制动器/缓冲器系统例子。根据本发明一台使用了一个电流变流体制动器/缓冲器的训练和康复手功能装置不仅具有体积小、重量轻、结实、可大范围调节力矩和力的优点；而且此装置还具有易携带，在机上带有传感器、电源和控制电路；并且具有由封闭循环计算机控制的实时控制能力，以达到在使用时使康复训练达到最佳化的优点。在本发明类似的装置中，一个磁流变流体可被替换着使用。
因此，一方面，本发明面向用旋转的电流变流体制动器/缓冲器装置给输出的力矩及力提供阻力。此制动器装置包括一个外壳，外壳包括一个绝缘机箱和一个安装在机箱上的可旋转的轴；一个或更多的旋转圆柱形电极安装在轴上并与其一起旋转；一个或更多的接地圆柱形电极安装到机箱上并与可旋转电极相对的和同轴的方向布置。在接地电极和可旋转电极之间安排有间隙；电流变流体置于此间隙中。旋转圆柱形电极有一个单独的完整部分和接地圆柱形电极有一个单独的完整部分。旋转圆柱形电极能有足够的凹槽和孔，将不连续性输入可旋转电极的表面以减少将制动器/缓冲器用在高磁场装置中如磁共振反射(MRI)所产生的涡电流。
另一方面，本发明面向用一个线性电流变流体制动器/缓冲器给输出的力矩及力提供阻力。“同轴通道”缓冲器电流变流体装置包括一个外壳，外壳包括一个绝缘机箱和一个安装到机箱上的内部的接地圆柱形电极。内部圆柱形电极与安在机箱上的外部电极同轴，两个流动的通道位于安装在机箱上的接地电极两边，在接地内部电极与外部电极之间留有间隙，一个活塞在内部电极内线性移动，一个双向溢流阀或一个单向阀安装在活塞上以调节开始的振动；电流变流体位于间隙和内部电极内。
此外，本发明面向所制造的装置用于加强手部训练和康复。此装置包括一个具有一或多个用于使用者的手抓和挤的抓持元件的手柄组件及一个具有智能流体的缓冲器组件。缓冲器组件具有电流变制动器/缓冲器，一个与电流变流体缓冲器的轴连在一起的齿轮组件，缓冲器的轴将一个输入或输出力或力矩连接到手柄组件上；以及一个使可移动的手柄的返回力达到最小值的棘轮组件。换句话说，根据本发明制作的手用装置能包括在本文中描述的任何一个电流变流体制动器装置。手用装置包括一个具有测量手柄角度、速度和加速度的传感器组件的传感器系统，在此系统中传感器组件对装置进行封闭循环控制。传感器组件也能测量轴上的力矩或/和手柄的力，对装置提供封闭循环控制。手用装置还包括一个控制器组件，此组件可控制电流变流体装置，提供远程通信。手用装置可用电池作能源进行操作，电池可是一或多个，电池可放在装置内部也可放在装置外面。
在最广义方面，本发明广泛面向用于训练或康复的人体界面独立操作装置。此装置包括一个使用者可操作的框架组件；缓冲器组件连接到框架组件上，并针对使用者输入的运动作出反应，给出一个可控制的可变阻力。缓冲器组件包括一个智能流体缓冲器。此独立装置可制成台式装置。此装置可通过手、腿、脚、臂或身体的任何其他附属部分或可移动部件进行操作。
附图说明
本发明的其它性能和优点，可从下面对附图的优选装置以及权利要求的描述得知是显而易见的。
图1显示了一个根据本发明制作的手用装置的实施方式，此装置有钳形手柄运动和一个旋转制动器。
图2显示了图1实施方式上显示的固定电极和旋转电极的电流变流体制动器元件的3维剖面图。
图3是一个3维部件分解剖面图，它显示了预先放入了旋转电极的四周由有阻力的元件环绕着的固定电极。
图4是一个图1显示的齿轮包括行星齿轮保持架和轴的实施方式的一部分的3维部件分解图。
图5A和5B是一个从不同方向表示的图1的一部分视图的3维图，它显示了与手柄和齿轮系统相连接的传动架。
图6是图1实施方式的一部分的3维部件分解剖面图，它显示了当手柄完全展开45°时传感器的位置。
图7进一步显示了根据本发明制作的手用装置，它有线性手柄运动和一个旋转制动器。
图8显示了图7中旋转制动器的旋转电极。
图9显示了图7中的行星齿轮和棘轮/棘爪机构。
图10A-10C显示了图7中在线性手柄和传动(输出)轴之间的连接。
图11A显示了图7中手柄的起动位置(开)。
图11B显示了图7中手柄的终止位置(关)。
图12A和12B是对根据本发明制作的手用装置进一步表示的两个图，它们有线性手柄运动和一个线性缓冲器。
图13A和13B是图12A和12B中线性缓冲器的3维剖面图。
图14是图12A和12B装置中具有实心的活塞的线性缓冲器的3维剖面图。
图15A表示了图12A和12B装置中一个处于关闭位置的完整的单向阀的3维剖面图。
图15B是一个显示了液体流动方向的图15A装置中线性缓冲器的3维剖面图。
图15C表示了图12A和12B装置中处于打开位置的完整的单向阀的3维剖面图。
图15D是一个显示了液体流动方向的图15C装置中线性缓冲器的3维剖面图。
图16A和16B是本发明用于各个手指的装置的3维图。
具体实施方式
在此描述的是一台轻便的、可控制的、用电子计算机处理的和可变阻力的训练和康复手部功能装置，此装置使用了智能流体提供实时控制阻力。智能流体是智能材料的一个实例，它的性能可通过应用各种刺激物如电场、磁场和热被改变。智能流体可放入到小巧的但是大功率的缓冲器/制动器中制成轻型的装置，此装置的性能可被改变来适应变化的要求。智能流体已被放进根据本发明制成的训练和康复装置中，正如本文此描述的那样，此装置用于治疗手和加强手部抓持肌肉功能。
电流变流体，一种智能流体，经历流变特性的变化，例如：在有电场的情况下，粘度发生变化，此液体由放在一种绝缘基液体如油中的尺寸大约为0.01到0.1μm的悬浮粒子制成。粒子通常所占的体积百分数在20％和60％之间。电流变效应，有时称为Winslow效应，被认为是由在电流变流体(ERF)中的液体和粒子的介质系数差异引起的。在有电场的情况下，由于感应的偶极矩使粒子沿着场线形成许多链。感应的结构改变了电流变流体的粘度、屈服应力和其它特性，使电流变流体能从液体的粘度改变到某种粘弹性的物质例如凝胶，反应的次数约为毫秒。电流变流体能适用于很高电子控制阻力的场合，而它们的尺寸(重量和几何参数)很小。电流变流体不被磨损，无毒、无污染，因此满足健康和安全的要求。使用电流变流体的电控流变性能，小巧的缓冲器/制动器能用在高阻力和高可控制力以及高力矩的场合。它们不象弹簧或一个笨重的机器那样存储能量，它们完美地适用于触觉和康复。因为人体是致动器，电流变流体是缓冲器/制动器。人体为了感觉到某物总是必须施加一个力在他自己身上。因此，来自电流变流体制动器的阻力是唯一必需的用于加强肌肉和康复功能的力。
根据本发明制成的手用装置可实时起作用，并且能精确地控制阻力，也能记录准确的力和位置，及具有将与它相似的低效率装置分开的能力。智能型抓持手用装置通过压挤(挤压)它的手柄进行封闭操作，且可遥控调节不同的阻力的不同级别。可控制的阻力选择使人能够控制阻力或张开和合拢手抓紧所需的力的量，或用一个智能型手指/手练习装置移动每个单一的手指。可采用的方法包括：(1)等压的，在手指训练装置上，它将为使用者克服张开和合拢手抓紧或移动手指提供一个固定大小的力；(2)可变阻力，在此装置中在运动开始的力及运动结束的力是不同的，由计算机平稳调节两个值之间的转换；(3)编程的阻力，这将在整个运动范围期间允许使用者确定一个最佳值的力模型；(4)速度可控制模式，在此对一个精确的速度进行编程，且阻力被改变以保持取决于使用者输入力的大小的速度。一个相互作用菜单能给使用者精确地显示最初和最终的值以及重复的次数。对于不同的选择方案可单独编程手的抓持运动。
由于装置具有紧凑、重量轻的特点，从而可允许它用于许多有空间面积限制的场合，例如住宅、办公室和许多医疗和康复实验室。此装置轻便性的另一个重要优点是，它能加强现场疗法程序。病人可带着此装置回家进行训练和练习，医生能遥控病人的训练和操作。医生不仅能知道病人是否实际地作了练习，而且还能通过计算机遥控和最佳化动态阻力练习。这对于那些不能行动的可能会阻止接受这些装置的人尤其重要。
几个重要的发明均采用了计算机化。所执行的活动是可编程的以用于“个体化”诊断程序和/或用于今后评估的训练结果存储记录。由快速的计算机评估和调节提供的反馈控制确保设备使用者的操作级别。个体化调节保证了使用者能成功地操作，且与使用者的身高胖瘦及性别无关。此外，图形显示器和声频信号能给使用者提供例如电流强度、重复次数和手柄位置的信息。为了通知使用者他或她的操作反应如何，声频信号可与所施加的力成比例地予以调节，而不需看计算机监视器。这使操作简化也提供了生物反馈。
所描述的装置使用电流变流体缓冲器作为应用阻力的最佳方法。可是，这不是唯一应用必需阻力的可能的方法，其他的智能材料执行很相似的功能，且能以相同的方式使用，例如使用一个与电场不同的磁场，磁流变流体像电流变流体一样几乎能执行相同的功能。重要的因素是保持一个紧凑的、轻便的、使电子计算机化设计的具有像电流变流体元件一样提供所有功能。
下面的实施例说明了本发明的优点，且对制造和使用有所帮助。这些实施例不打算限制公开的范围。
实施例I
具有钳形手柄运动和旋转制动器的手康复装置
此新型的手康复装置包括4个主要子系统：a)一个电流变流体阻力元件；b)一个齿轮箱；c)手柄；和d)两个传感器，一个光学编码器和一个力传感器，以测量病人引起的运动和力。每一个子系统包括几个不同组成的元件。通常，所有元件被设计成结实和安全、非磁性、最佳化标准的和高应力测试。此装置由塑料和非磁性材料制造，因此它能广泛用于各种环境包括高磁场环境。
男性最大的手抓持力为400牛吨，女性为228牛顿。所有元件设计成在操作者手握装置的手柄时，此装置能施加150牛顿力(大约是健康手抓持力的50％)。完整的CAD模型见图1。
独特的非磁性智能手用装置的可控制的变阻力通过一个连接到齿轮系统输出端的电流变流体元件得到。智能型手康复装置使用了一个旋转电流变流体阻力元件控制阻力矩。阻力元件包括两个电极，每一个电极是一套复式的同轴圆柱体。它们的结构为同轴圆环状(图2)。
一个电极作为固定电极，位于阻力元件的外面，而第二个电极作为旋转电极并与固定电极“配对”以便形成几对连续不断的同轴圆柱体。图3显示了具有同轴圆柱体的准备配对的固定电极和旋转电极。将两种电极设计成复式同轴圆柱体以得到最大的剪切表面面积并保持一个紧凑的阻力元件体积。粘滞液体在固定电极和旋转电极的连续的圆柱体之间的很小间隙内活动，从而在旋转轴上产生了阻力矩。通过控制施加位于每对连续不断的同轴圆柱体之间液体上的电场的强度，可以容易地控制力矩。
一个齿轮箱用于增加系统的阻力矩能力，正如被使用者感受到的那样。来自电流变流体阻力元件的阻力矩与人手产生的力矩相比较是比较小的。若没有齿轮箱则需要一个极大的阻力矩元件。为了使整个装置体积小、重量轻，则设计了一个大传动比的齿轮箱，1∶31.6(图4)。齿轮系统使电流变流体阻力矩倍增，而且还用作传感器子系统的基础。
在此装置中，手运动被施加到钳形手柄机构上。手柄是操作者的触觉连接体。它们被设计成围绕中心轴旋转45°，且在质量中心被平衡。大拇指抓持是固定的抓持，智能手康复装置的质量中心恰恰很好地定心在抓持圆柱上。手抓持组件允许一个自由度和传动架将力从手柄传递到齿轮箱输入端。传动架围绕轴旋转且将力从齿轮系统输出端传递到电流变流体制动器(图5)。
所有必须的临床数据可从装置中使用的两个基本的传感器获得。第一个是光学编码器(图5)，它可测量手的角度、速度和加速度。光学编码器与齿轮箱的输入端相连，且将手柄位置直接给出读数。理想的传感器被包括进本设计中，它是一个具有1024分辨率的Renco小型编码器。
第二个传感器是一个小型的力传感器，用于测量病人手的抓持力强度以及用于封闭循环控制电流变流体阻力元件。FUTEK力传感器(铝应变电阻片)连接固定的大拇指抓持/齿轮箱到电流变流体阻力元件上，通过两个平行的表面使传感器或者受拉或者受压(图6)。力传感器被支撑在具有3个自由度(旋转)的球和座销连接的两端，以便此应变电阻片被加载作为一个两个力的元件。由塑料座将座销连接到手用装置上，以便力传感器与装置的其他部分是电绝缘的。电流变流体箱和齿轮箱沿着中心轴由一个大塑料轴承排成一行，电流变流体外壳可绕其轴自由旋转，力传感器测量一个来自电流变流体外壳的直接的反应力。
实施例II
具有线形手柄运动和旋转制动器的手康复装置
在此提出的新型手康复装置包括5个主要子系统：a)电流变流体阻力元件；b)一个齿轮箱；c)棘轮系统；d)手柄；和e)两个传感器，一个光学编码器和一个力传感器，以测量病人引起的运动和力。每个子系统包括几个不同组成的元件。通常，所有元件被设计成结实和安全、非磁性、最佳化标准的和高应力测试。智能型手康复装置制成靠近人体以便使人感觉不到重量。此装置由聚合物(塑料)和非磁性材料制造，因此它能广泛用于各种环境包括高磁场环境。
男性最大的手抓持力为400牛顿，女性为228牛顿。所有元件设计成在操作者手握装置的手柄时，此装置能施加300牛顿的力。完整的CAD模型见图7。
独特的非磁性智能手用装置可控制的变阻力通过一个联接到齿轮系统输出端的电流变流体元件得到。智能型手康复装置使用一个旋转的电流变流体阻力元件控制阻力矩。
阻力矩包括旋转的和固定的铝电极，它们被制成同轴圆环状。固定电极是两个同轴圆柱体中的一套，它位于阻力元件外侧。旋转电极是一个简单的同轴圆柱体，它与固定电极配对，以便形成几对连续不断的同轴圆柱体。这些多层的盘用作正负电极产生电场以驱动电流变流体。粘滞液体在固定电极和旋转电极的连续的圆柱面之间的很小间隙内活动，从而在旋转轴上产生了阻力矩。通过控制施加位于每对连续不断的同轴圆柱体之间液体上的电场的强度，可容易地控制力矩。如图8所示，在旋转电极上的一些槽和孔在旋转表面引入不连续性，避免了如果智能手用装置用于强磁场时产生涡电流效应。
一个齿轮箱被用于增加系统的阻力矩能力，正如被使用者感受到的那样。来自电流变流体阻力元件的阻力矩与人手产生的力矩相比较是比较小的。若没有齿轮箱，则需要一个极大的阻力矩元件。为了使整个装置体积小、重量轻，使用了一个行星齿轮系统(齿数比为1∶5.5)，使电流变流体阻力矩倍增。齿轮箱由Delrin这种材料制造，其为非磁性的。
一个棘齿轮系统被用于使系统的返回力最小(打开手柄)，以便装置能被复原到具有最小尺寸的弹簧力的起始位置。棘轮和棘爪机构允许在一个方向运动，在另一个方向则锁住运动(一个棘爪是支点在一端的杆，它与棘轮齿啮合以防止棘轮在另一个方向运动)。棘轮齿被设计在环齿轮的圆周。当使用者正在关闭(挤压)手柄时，棘轮系统允许齿轮和电流变流体制动器运动；并传递阻力矩到与棘爪相连的外壳，因此也就是传递到输出轴。当手柄关闭后，棘轮系统将齿轮系统和电流变流体阻力制动器的运动锁住。当手柄被松开以及输入力由人取消时，棘轮系统可防止反向旋转。然后棘爪外壳和输出轴与电流变流体阻力元件脱离，本装置由一个弹性材料或小尺寸的弹簧复原到起始位置。棘轮和齿轮机构见图9。
来自电流变流体阻力元件的力矩由行星齿轮系统得以倍增，力矩被传递到棘爪外壳。此力矩被传递到线性手柄上。在此设计中，通过被包裹的围绕输出轴的软线，制动器/齿轮/棘轮的旋转运动被转换成手柄的线性运动。在另一端的软线与连接到移动手柄上的线性运动的压电传感器座相连。对于一个已知的力矩，力臂(轴直径)越小，力越大(力矩＝力×力臂)。因此，为了从阻力矩产生一个最大的阻力，绕轴包裹的软线有一个很小的直径。此输出轴与棘爪外壳相连，并将电流变制动器的阻力矩传递到软线上。图10A-10C显示了线性手柄如何被连接到传动轴(输出)上。棘轮系统、棘爪外壳和输出轴由非磁性材料制造。
在此装置上，手运动被施加到线性滑动机构上，手柄是操作者的触觉连接体。通过一个将传感器座(线性运动)和传动轴(旋转运动)连接起来的软线，滑动运动被转换成一个旋转运动，这像一个滑轮一样。手抓持组件允许一个自由度并将系统的力传递到棘轮和齿轮箱系统。
在手柄臂上两个可调节的卡圈可用于调节手柄的行程以适用于不同人的不同抓持手的尺寸。而且，在此手柄组件中，臂的长度可被调节来允许制动器/齿轮/棘轮系统部分被进一步定位。手柄由塑料和非磁性材料制造。图11A显示了起动位置的手柄，图11B显示了完全关闭位置的手柄。
所有必需的临床数据可从装置中使用的两个基本的传感器获得。第一个是光学编码器(图10A)，它可测量手的角度、速度和加速度。光学编码器与传动轴相连，并将手柄的位置直接给出读数。理想的传感器被包括进本设计中，它是一个具有1024分辨率的Renco小型编码器。
第二个传感器是压电传感器，它用于测量人手的抓持力强度且用于封闭循环控制电流变流体阻力元件(图10B)。压电传感器安装在传感器座上，并将来自手柄线性运动的手的抓持力给出直接读数。传感器外壳设计成将移动(滑动)手柄与软线相连接。压电力传感器位于座和移动手柄之间。
力传感器的第二种选择是一个小型力传感器(铝应变电阻片)，正如前面描述的装置那样，此传感器用于测量来自电流变流体阻力元件的力矩。力传感器将不动的大拇指抓持/齿轮箱与电流变流体阻力元件连接起来。对于此种选择，电流变流体外壳可以自由绕其轴旋转，力传感器测量来自电流变流体外壳的直接的反应力。然后此力能容易地被齿数比倍增，且抓持力强度可被测量。
实施例III
具有线性手柄运动和线性缓冲器的手康复装置
手用装置的第二种结构安装了一个与运动方向一致的线性缓冲器。设计了一个新型的电流变流体“同轴通道”缓冲器(ERF-CCD)(图12A和12B)。线性结构有几个优点：降低了装置的复杂性，减少了零件数量，除去了对齿轮和棘轮子系统的需要。缓冲器的外机箱与框架相连。轴与力传感器直接相连。使用一个线性编码器或一个修改作线性使用的旋转编码器可捕捉到运动。返回力由两个弹簧或长度和韧性能被调节的弹性线提供。使用轴卡圈能迅速调节装置的总行程。
在市场上买得到的线性电流变流体缓冲器中，液体通过通道流进活塞或围绕活塞的外部流动。对于这些设计，为了获得最大减振效果，活塞必须是很大的(电极的最大表面积)，或者液体流动通道必须很小。两种结构都有明显的缺点。具有一个大活塞(在长度和/或直径上)的结构迫使所设计的装置大，从而不可能得到一个紧凑高性能的小巧装置。小液体通道的选择也造成了一些负面性能特征，因为小通道减小了液体的流动，甚至当装置不被供能时减小了装置本应能有的减振的动态范围。
电流变流体同轴通道缓冲器(ERF-CCD)通过调节(取决于场强度)使用围绕圆柱体同轴间隙的两个腔中的液体的流动进行减振。液体在缓冲器的任何一个通道中流动。这些通道通向一个间隙，此间隙由圆柱体外表面和另一个直径稍大一些的同轴圆柱体形成(见图13A-13B和15A-15D)。活塞可以是实心的，像图14所示的那样，包括一个双向溢流阀(未显示)以调节开始的振动，或包括一个单向阀(球型、蝶形等)，如图13A-13B和15A-15D所示。选择取决于最终使用的缓冲器。对于手康复装置，一个单向阀被放到活塞中以允许减小在一个方向的振动(图15A-15D)。此新型设计的优点是超过其它设计，在每个缓冲器体积中有最大可能的电极的表面积，及在单位容量中提供巨大的增益。少零件数和设计简单还导致低成本和高可靠性。
图15A和15B显示了具有单向阀的电流变流体同轴通道缓冲器液体流动路径细节。图15B显示了有电场时，单向阀关闭，液体通过同轴通道的流动速率可通过调节电场强度得以改变。电场强度越高，电流变流体越粘稠，减振越强。图15D显示了当手柄关闭时，单向阀怎样打开允许液体流过活塞。液体也能通过同轴间隙移动，进一步减小返回手柄到起动位置所需的力。
实施例IV
手指/手康复装置
此装置设计成轻便且用计算机处理的用于手和手掌康复或训练的装置。此装置有紧凑的线性的电流变流体型阻力元件，以对单个手指提供阻力，对于每个单个的手指阻力可实时改变。图16A和16B显示了两个概念上的图。在图中，线性的智能流体阻力元件与手指相连接，且固定在手掌内的芯体接地。图中显示了两个或四个手指的结构，而且通过连接另一个阻力元件到中心芯体上可容易地延伸到五个手指。力由智能流体阻力元件产生，阻力可通过计算机控制软件得以改变。这允许对每个人的训练方式进行实时改变，适于病人的需要或适于每个手指的不同训练要求。
本发明已连同一个或更多的优选的实施方式一起被描述。在阅读了前面的详述后，普通技术人员将能够产生各种变化，同等替换，以及其它的改进结构和方法。因此本专利申请的保护范围被限定在附加的权利要求书及其相关的同等物中。

Claims (25)

1.一种可变阻力的手用装置，包括：
手柄组件，具有一或多个抓持元件，用于被使用者的手抓持和挤压；以及
与手柄组件相连的缓冲器组件，它可操作而提供对使用者手对手柄组件的抓持元件的挤压作出反应的可控制的可变阻力，该缓冲器组件包括智能流体缓冲器。
2.权利要求1的手用装置，还包括力传感器组件，它可操作而提供表示挤压力量值的力信号。
3.权利要求2的手用装置，其中，力传感器组件可操作以对装置提供闭环控制。
4.权利要求1的手用装置，还包括位置传感器组件，它可操作而提供表示抓持元件的相应位置的位置信号。
5.权利要求3的手用装置，其中，位置传感器组件可操作以对装置提供闭环控制。
6.权利要求1的手用装置，其中，所述智能流体是电流变流体(ERF)。
7.权利要求1的手用装置，还包括控制器组件，它可操作以控制装置的操作。
8.权利要求7的手用装置，其中，控制器组件可操作以提供远程通信。
9.权利要求1或权利要求6的手用装置，其中，手柄组件包括钳形手柄，缓冲器组件包括旋转制动器。
10.权利要求1或权利要求6的手用装置，其中，手柄组件包括线性手柄，缓冲器组件包括旋转制动器。
11.权利要求1或权利要求6的手用装置，其中，手柄组件包括线性手柄，缓冲器组件包括线性制动器。
12.权利要求1的手用装置，其中，所述智能流体是磁流变流体(MRF)
13.权利要求1的手用装置，其中，缓冲器组件包括将手柄组件与缓冲器组件连接起来的齿轮箱。
14.权利要求1的手用装置，其中，缓冲器组件包括棘轮机构，此棘轮机构使得在使用者挤压后手柄组件返回到休息位置的返回力最小。
15.权利要求1的手用装置，其中，装置实质上由MRI相容的材料制成。
16.权利要求4的手用装置，其中，缓冲器组件包括：
外壳，包括绝缘机箱和可旋转地安装在机箱中的轴；
一或多个安装在轴上可与其一起旋转的圆柱形可旋转电极；
一或多个固定到机箱上的、与可旋转电极相对并同轴布置的圆柱形接地电极，在接地电极和可旋转电极之间有间隙；以及
置于此间隙中的电流变流体。
17.权利要求1的手用装置，其中，缓冲器组件包括可旋转电极，可旋转电极具有足以将不连续性引入电极表面的槽和/或孔，以减小装置在高磁场中操作时在电极中产生的涡电流。
18.一种可变阻力制动器，包括：
外壳，包括绝缘机箱和可旋转地安装在机箱中的轴；
一或多个安装在轴上可与其一起旋转的圆柱形可旋转电极；
一或多个固定到机箱上的、与可旋转电极相对并同轴布置的圆柱形接地电极，在接地电极和可旋转电极之间有间隙；
置于此间隙中的智能流体；以及
棘轮机构，其可操作以控制可旋转电极的旋转方向。
19.权利要求18的可变阻力制动器，其中，所述智能流体是电流变流体。
20.一种可变阻力制动器，包括：
外壳，包括绝缘机箱和可旋转地安装在机箱中的轴；
一或多个安装在轴上可与其一起旋转的圆柱形可旋转电极；
一或多个固定到机箱上的、与可旋转电极相对并同轴布置的圆柱形接地电极，在接地电极和可旋转电极之间有间隙；以及
置于此间隙中的智能流体；其中，可旋转电极上具有足以将不连续性引入电极表面的槽和/或孔，以减小制动器在高磁场中操作时在电极中产生的涡电流。
21.权利要求20的可变阻力制动器，其中，所述智能流体是电流变流体。
22.一种用于训练或康复的人体界面独立操作装置，包括：
由使用者操作的框架组件；以及
与框架组件相连的缓冲器组件，所述缓冲器组件可操作而提供对使用者输入产生的运动作出反应的可控制的可变阻力，该缓冲器组件包括智能流体缓冲器。
23.权利要求20的独立操作装置，其中，所述装置被构造成台式装置。
24.权利要求20的独立操作装置，其中，所述装置可由手、腿、脚、臂或身体的任何其他附属部分或可移动部分进行操作。
25.权利要求20的独立操作装置，其中，所述智能流体为电流变流体。
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Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080507