CN117797008A - 肢体康复装置及变刚度磁力弹性驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种肢体康复装置及变刚度磁力弹性驱动器，所述肢体康复装置包括：肢体接触端、阻尼轴以及磁力弹性单元；所述阻尼轴具有第一轴线，所述肢体接触端围绕第二轴线可转动地设置；所述肢体接触端围绕所述第二轴线的转动与所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向移动相互转换；所述阻尼轴沿所述第一轴线可移动地穿设于所述磁力弹性单元，所述磁力弹性单元被配置为通过磁力调节所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。如此配置，通过磁力弹性单元的设置，可通过磁力调节所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力，实现变刚度柔性控制，方便安装的同时结构更为紧凑。

Description

肢体康复装置及变刚度磁力弹性驱动器

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种肢体康复装置及变刚度磁力弹性驱动器。

背景技术

串联弹性驱动器(SEA)是一种利用弹性共同控制力和位置的技术。目前，串联弹性驱动器(SEA)被广泛运用到医疗康复行业中，用于保持患者良好的身体状态，通过康复训练可以预防肌肉萎缩和挛缩。

康复训练包括主动运动训练和被动运动训练，具有串联弹性驱动器(SEA)的康复结构可以同时实现这两种训练方式。腕部骨折后的康复训练方法主要有以下几种:

1、手腕骨折约4周后可拆掉石膏，进行被动运动训练，腕关节被动屈伸活动，此时患肢不能负重。这一阶段的康复目的是使腕部活动范围尽可能恢复，例如每天可屈伸活动几十次。

2、在骨折发生约6周后，可进行主动运动训练，即抗阻康复训练。患者主动屈伸腕关节，通过人为增加阻力，使患者的腕关节与阻力对抗，增强前臂屈肌、伸肌力和强度。在腕部的主动运动训练时，增加肌力的方法一般都推荐渐进性抗阻肌力训练，即在运动中逐渐增加强度。并且对于肌力有损伤的病人，康复训练开始的强度最好由低到高，可以让患者逐渐适应训练强度，起到热身的作用。

然而现有的串联弹性驱动器的弹性多依靠各种类型的弹簧、弹片、绳等来实现，这种串联弹性驱动器的弹性功能受弹簧等零件本身性能的影响较大，而且空间很难达到紧凑。此外现有的串联弹性驱动器难以实现变刚度，以适应逐渐增加的训练强度，串联弹性驱动器若需要实现变刚度，各种类型的弹簧、弹片、绳等结构决定了其变刚度结构都比较复杂，可能需要用到多个电机来耦合控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种肢体康复装置及变刚度磁力弹性驱动器，以解决现有的串联弹性驱动器结构复杂，难以实现变刚度的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种肢体康复装置，其包括：肢体接触端、阻尼轴以及磁力弹性单元；

所述阻尼轴具有第一轴线，所述肢体接触端围绕第二轴线可转动地设置；所述肢体接触端围绕所述第二轴线的转动与所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向移动相互转换；

所述阻尼轴沿所述第一轴线可移动地穿设于所述磁力弹性单元，所述磁力弹性单元被配置为通过磁力调节所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。

可选的，所述肢体康复装置还包括：驱动单元、运动转换单元以及驱动轴；

所述驱动轴具有第三轴线，所述肢体接触端围绕所述第二轴线可转动地与所述驱动轴连接，并且所述肢体接触端围绕所述第二轴线的转动与所述驱动轴沿所述第三轴线的轴向移动相互转换；

所述驱动单元用于驱动所述运动转换单元运动，所述运动转换单元分别与所述驱动轴和所述阻尼轴连接，所述运动转换单元的运动转换为所述驱动轴沿所述第三轴线的轴向移动以及所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向移动。

可选的，在所述肢体康复装置中，所述运动转换单元包括螺母，所述驱动轴与所述螺母螺纹连接，所述螺母与所述阻尼轴同轴固定连接，所述第三轴线与所述第一轴线重合。

可选的，在所述肢体康复装置中，所述磁力弹性单元包括围绕所述第一轴线周向设置的第一磁体，所述第一磁体的磁极方向沿所述阻尼轴的径向布置，所述阻尼轴用于被所述第一磁体所吸引或排斥。

可选的，在所述肢体康复装置中，所述第一磁体包括电磁铁和/或永磁体。

可选的，在所述肢体康复装置中，所述磁力弹性单元包括多个所述第一磁体，多个所述第一磁体围绕所述第一轴线周向均匀分布。

可选的，在所述肢体康复装置中，所述阻尼轴包括围绕所述第一轴线周向设置的铁磁性部件或第二磁体，所述第二磁体的磁极方向沿所述阻尼轴的径向布置，所述第二磁体与所述第一磁体对应设置。

可选的，在所述肢体康复装置中，所述第二磁体与所述第一磁体相对的磁极方向相反。

可选的，所述肢体康复装置还包括驱动单元、第一传感器和控制单元，所述驱动单元用于驱动所述肢体接触端围绕所述第二轴线转动，所述第一传感器用于监测所述驱动单元的驱动量并传输至所述控制单元；所述控制单元基于所述驱动量调节所述磁力弹性单元对所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。

可选的，所述肢体康复装置还包括第二传感器，所述第二传感器用于监测所述阻尼轴沿所述第一轴线的位移量并传输至所述控制单元，所述控制单元还基于所述位移量调节所述驱动单元的驱动输出。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种变刚度磁力弹性驱动器，其包括：阻尼轴以及磁力弹性单元，所述阻尼轴沿第一轴线可移动地穿设于所述磁力弹性单元，所述磁力弹性单元被配置为通过磁力调节所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。

可选的，在变刚度磁力弹性驱动器中，所述磁力弹性单元包括围绕所述第一轴线周向设置的第一磁体，所述第一磁体的磁极方向沿所述阻尼轴的径向布置，所述阻尼轴用于被所述第一磁体所吸引或排斥。

可选的，在变刚度磁力弹性驱动器中，所述磁力弹性单元包括多个所述第一磁体，多个所述第一磁体围绕所述第一轴线周向均匀分布，多个所述第一磁体包括电磁铁和/或永磁体。

可选的，在变刚度磁力弹性驱动器中，所述阻尼轴包括围绕所述第一轴线周向设置的铁磁性部件或第二磁体，所述第二磁体的磁极方向沿所述阻尼轴的径向布置，所述第二磁体与所述第一磁体对应设置。

可选的，在变刚度磁力弹性驱动器中，所述第二磁体与所述第一磁体相对的磁极方向相反。

可选的，所述变刚度磁力弹性驱动器还包括驱动单元、第一传感器和控制单元，所述驱动单元用于驱动所述阻尼轴沿所述第一轴线移动，所述第一传感器用于监测所述驱动单元的驱动量并传输至所述控制单元；所述控制单元基于所述驱动量调节所述磁力弹性单元对所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。

可选的，所述变刚度磁力弹性驱动器还包括第二传感器，所述第二传感器用于监测所述阻尼轴沿所述第一轴线的位移量并传输至所述控制单元，所述控制单元还基于所述位移量调节所述驱动单元的驱动输出。

综上所述，在本发明提供的肢体康复装置和变刚度磁力弹性驱动器中，所述肢体康复装置包括：肢体接触端、阻尼轴以及磁力弹性单元；所述阻尼轴具有第一轴线，所述肢体接触端围绕第二轴线可转动地设置；所述肢体接触端围绕所述第二轴线的转动与所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向移动相互转换；所述阻尼轴沿所述第一轴线可移动地穿设于所述磁力弹性单元，所述磁力弹性单元被配置为通过磁力调节所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。

如此配置，通过磁力弹性单元的设置，可通过磁力调节所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力，实现变刚度柔性控制，方便安装的同时结构更为紧凑。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1是本发明实施例的肢体康复装置的示意图；

图2是本发明实施例的肢体康复装置的侧视图；

图3是本发明实施例的阻尼轴与磁力弹性单元的轴向剖面图。

附图中：

1-肢体接触端；2-阻尼轴；3-磁力弹性单元；4-驱动轴；5-驱动单元；50-基板；51-电机；52-第一传动轮；53-传动带；6-运动转换单元；61-螺母；62-第二传动轮；7-第一磁体；71-电磁铁；72-永磁体；8-第二磁体；81-第一传感器；82-第二传感器；90-基座；91-第一固定座；92-第二固定座；93-连接件；94-滑轨；95-端部件。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点。此外，如在本发明中所使用的，“安装”、“相连”、“连接”，一元件“设置”于另一元件，应做广义理解，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，诸如上方、下方、上、下、向上、向下、左、右等的方向术语相对于示例性实施方案如它们在图中所示进行使用，向上或上方向朝向对应附图的顶部，向下或下方向朝向对应附图的底部。

本发明的目的在于提供一种肢体康复装置及变刚度磁力弹性驱动器，以解决现有的串联弹性驱动器结构复杂，难以实现变刚度的问题。以下参考附图进行描述。

请参考图1和图2，本发明实施例提供一种肢体康复装置，其包括：肢体接触端1、阻尼轴2以及磁力弹性单元3；所述阻尼轴2具有第一轴线A1，所述肢体接触端1围绕第二轴线A2可转动地设置；所述肢体接触端1围绕所述第二轴线A2的转动与所述阻尼轴2沿所述第一轴线A1的轴向移动相互转换；所述阻尼轴2沿所述第一轴线A1可移动地穿设于所述磁力弹性单元3，所述磁力弹性单元3被配置为通过磁力调节所述阻尼轴2沿所述第一轴线A1的轴向阻力。需要说明的，在图1和图2示出的示范例中，第一轴线A1垂直于第二轴线A2，如图2所示，第一轴线A1平行于纸面，第二轴线A2垂直于纸面。但在其它的一些实施例中，第一轴线A1与第二轴线A2的关系并没有特别的限制，例如通过传动件(如齿轮等)的传动和转换，第一轴线A1与第二轴线A2两者可以是成角度的，也可以相互平行。

进一步的，本发明实施例还提供一种变刚度磁力弹性驱动器，其包括阻尼轴2以及磁力弹性单元3；所述阻尼轴2沿第一轴线A1可移动地穿设于所述磁力弹性单元3，所述磁力弹性单元3被配置为通过磁力调节所述阻尼轴2沿所述第一轴线A1的轴向阻力。变刚度磁力弹性驱动器可被独立地设置在肢体康复装置或其它需要变刚度调节的装置上，以实现通过磁力调节阻尼轴2沿所述第一轴线A1的轴向阻力，实现变刚度柔性控制的效果。

在一个可替代的示范例中，所述肢体康复装置为手腕康复装置，肢体接触端1如可为把手，其材料优选为弹性材料，其形状适配于患者的手握持，为仿生结构，方便抓握。可以理解的，肢体接触端1也可以根据在其它应用场景而适配调整，例如可供下肢固定。肢体接触端1的一端围绕第二轴线A2可转动地设置在第一固定座91上，第一固定座91则固定在基座90上。优选的，磁力弹性单元3通过第二固定座92固定在基座90上。进一步的，肢体接触端1围绕平行于第二轴线A2的第四轴线A4可转动地与连接件93连接，连接件93则与阻尼轴2连接(图1和图2示出的示范例中，连接件93依次通过驱动轴4和运动转换单元6与阻尼轴2间接地连接。一些实施例中倘若只需满足主动运动训练，则连接件93可直接与阻尼轴2连接)。如此配置，可以理解的，肢体接触端1在围绕第二轴线A2转动时，能够带动阻尼轴2沿第一轴线A1移动，同样的，阻尼轴2沿第一轴线A1移动也能够转换为肢体接触端1围绕第二轴线A2的转动。可以理解的，肢体接触端1与连接件93之间的运动转换方式不限于如上所示的示范例，也可以通过如齿轮、齿条、传动杆、丝传动等本领域常用的运动转换结构实现，本发明对此不限。

在应用于手腕康复的主动运动训练的应用场景下，患者手握肢体接触端1，操纵其围绕第二轴线A2上下摆动(即康复动作)，从而驱动阻尼轴2沿第一轴线A1来回移动，而阻尼轴2沿第一轴线A1的轴向阻力能够被磁力弹性单元3通过磁力进行调节，亦即使得康复动作的阻力是变刚度的，可以使得康复动作的位移流畅而有弹性。

进一步的，所述肢体康复装置还包括：驱动单元5、运动转换单元6以及驱动轴4；所述驱动轴4具有第三轴线A3，所述肢体接触端1围绕所述第二轴线A2可转动地与所述驱动轴4连接，并且所述肢体接触端1围绕所述第二轴线A2的转动与所述驱动轴4沿所述第三轴线A3的轴向移动相互转换；所述驱动单元5用于驱动所述运动转换单元6运动，所述运动转换单元6分别与所述驱动轴4和所述阻尼轴2连接，所述运动转换单元6的运动转换为所述驱动轴4沿所述第三轴线A3的轴向移动以及所述阻尼轴2沿所述第一轴线A1的轴向移动。

在图1和图2示出示范例中，驱动单元5包括电机51，运动转换单元6与电机51耦接，其用于将电机51的转动输出转换为驱动轴4沿第三轴线A3的轴向移动以及阻尼轴2沿所述第一轴线A1的轴向移动。如此配置，通过电机51的转动，可推动肢体接触端1围绕第二轴线A2上下摆动，亦即可应用在被动运动训练的场景下。使用中，患者握持肢体接触端1，其可以在电机51的驱动下被动地执行康复动作。特别的，由于阻尼轴2被运动转换单元6带动而沿第一轴线A1移动，此时阻尼轴2沿第一轴线A1的轴向阻力亦能够被磁力弹性单元3通过磁力进行调节，亦即使得康复动作的阻力是变刚度的，可以使得康复动作的位移流畅而有弹性。

在另一个示范例中，所述变刚度磁力弹性驱动器亦可包括驱动单元5和运动转换单元6，驱动单元5通过运动转换单元6将动力转换为阻尼轴2沿所述第一轴线A1的轴向移动。其结构和原理可参考肢体康复装置，这里不再展开说明。

在一个示范例中，运动转换单元6包括螺母61，所述驱动轴4与所述螺母61螺纹连接，所述螺母61与所述阻尼轴2同轴固定连接，所述第三轴线A3与所述第一轴线A1重合。可选的，驱动单元5包括与电机51同轴连接的第一传动轮52，运动转换单元6包括与螺母61同轴连接的第二传动轮62，第一传动轮52与第二传动轮62之间通过传动带53连接，电机51可通过传动带53驱动螺母61转动。可选的，驱动轴4具有与螺母61相适配的外螺纹，其与螺母61螺纹连接，形成丝杆螺母系统，因此螺母61的转动能够转换为驱动轴4沿第三轴线A3的轴向移动。进一步的，电机51固定安装在基板50上，阻尼轴2通过轴承可转动地穿过基板50，并与螺母61同轴固定连接。

为了便于说明，假设将驱动轴4的轴向位置固定，电机51转动时将驱动基板50连带着连接在其上的螺母61、第二传动轮62以及阻尼轴2一同沿第一轴线A1移动。假设将阻尼轴2的轴向位置固定，驱动基板50连带着连接在其上的螺母61及第二传动轮62的轴向位置亦被固定，此时电机51转动时将驱使驱动轴4沿第三轴线A3移动。

而实际中，在本实施例中，驱动轴4的轴向位置和阻尼轴2的轴向位置均不是固定的，因此整个系统(包括基板50连带着连接在其上的螺母61、第二传动轮62以及阻尼轴2)沿第一轴线A1实际上是处于一种浮动的平衡状态，电机51转动时，整个系统沿第一轴线A1的位置取决于其两端的阻力，即来自肢体接触端1的输入力以及磁力弹性单元3对阻尼轴2的磁阻力。

假设磁力弹性单元3对阻尼轴2的磁阻力无穷大，即相当于整个系统沿第一轴线A1的位置被锁定，此时电机51的输出动力将完全转换为驱动轴4沿第三轴线A3的轴向移动，即此时的肢体康复装置相当于是一种定刚度的装置。而实际中，磁力弹性单元3对阻尼轴2的磁阻力不会是无穷大，由此，通过调节磁力弹性单元3的磁力，即可以调节整个系统的刚度。

可选的，所述肢体康复装置还包括滑轨94和端部件95，阻尼轴2远离基板50的一端通过轴承可转动地安装在端部件95上，端部件95通过滑轨94与基板50固定连接，此时阻尼轴2沿径向和轴向相对于基板50的位置被固定，但不限制阻尼轴2周向的转动。进一步的，磁力弹性单元3具有滑动轴承，其用于与滑轨94滑动连接，即滑轨94通过滑动轴承与磁力弹性单元3连接，滑轨94沿径向相对于磁力弹性单元3的位置被限制。如此配置，包括基板50连带着连接在其上的螺母61、第二传动轮62以及阻尼轴2组成的系统相对于基座90只具有沿第一轴线A1的方向的移动自由度。

需要说明的，图1和图2所示出的示范例，仅为运动转换单元6的结构的一个示范例而非对运动转换单元的限定。在其它的一些实施例中，运动转换单元6也可以采用如齿轮、齿条、传动杆、丝传动等本领域常用的运动转换结构，第一轴线A1也不限于与第三轴线A3重合。此外，驱动单元5也不局限于必须为通过转动输出动力的电机51，其也可以包括直线电机。进一步的，直线电机可以包括一个与驱动轴4连接的输出端，也可以包括分别与驱动轴4和阻尼轴2连接的两个输出端。可以理解的，采用直线电机时，运动转换单元6可以仅仅是一个连接件，直线电机可直接驱动驱动轴4或阻尼轴2移动。

下面结合图3示出的示范例，进一步对磁力弹性单元3和阻尼轴2进行说明。所述磁力弹性单元3包括围绕所述第一轴线A1周向设置的第一磁体7，所述第一磁体7的磁极方向沿所述阻尼轴2的径向布置，使得磁力弹性单元3在周向上对阻尼轴2有着大致相等的吸引力或斥力。图3示出的示范例中，第一磁体7的S极朝向第一轴线A1。可以理解的，其它的一些实施例中，也可以是N极朝向第一轴线A1。适配的，阻尼轴2可以被第一磁体7所吸引或排斥。一些实施例中，阻尼轴2包括铁磁性部件，例如金属铁、镍及其合金等，其能够被第一磁体7所吸引。另一些实施例中，阻尼轴2包括围绕所述第一轴线A1周向设置的第二磁体8，所述第二磁体8的磁极方向沿所述阻尼轴2的径向布置，所述第二磁体8与所述第一磁体7对应设置。

不论阻尼轴2设置的是铁磁性部件还是第二磁体8，其均能对第一磁体7的磁场产生响应，阻尼轴2在沿第一轴线A1轴向移动时，第一磁体7对阻尼轴2产生的磁力会产生变化，即使得阻尼轴2的轴向运动受到了一定的磁阻力。可以理解的，磁阻力可以是通过相吸(如异极相对的磁体或磁体与铁磁性部件)来实现，也可以通过相斥(如同极相对的磁体)来实现。优选的，所述第二磁体8与所述第一磁体7相对的磁极方向相反，两者形成相吸。当然另一些实施例中，第二磁体8与第一磁体7相对的磁极方向也可以是相同的，两者通过斥力来形成阻尼轴2的轴向阻力。需要说明的，第一磁体7与第二磁体8沿第一轴线A1的方向上，并不限必须在同一轴向位置上。事实上，由于第二磁体8会随着阻尼轴2沿第一轴线A1的轴向移动而移动，因此第一磁体7与第二磁体8沿第一轴线A1的方向并不是始终能够重合的。而若采用斥力的方式来形成阻尼轴2的轴向阻力，优选将第一磁体7与第二磁体8配置为在第一轴线A1的方向上始终不重合，以避免第二磁体8越过第一磁体7后突然被第一磁体7反向推动而导致阻尼的突变。

可选的，所述第一磁体7包括电磁铁71和/或永磁体72。可选的，第二磁体8包括永磁体。如图3示出的示范例中，第一磁体7同时包括了电磁铁71和永磁体72。电磁铁71与永磁体72沿同一径向排布。永磁体72为磁力弹性单元3提供了一定的基础磁场强度，使得磁力弹性单元3能够为阻尼轴2的轴向运动提供一定的基础阻尼，使得阻尼轴2具有一定的弹性。电磁铁71为磁力弹性单元3提供了额外的可调磁场强度，可以理解的，通过调节流经电磁铁71的线圈的电流强度，可以调节电磁铁71的磁场强度，使得包括基板50连带着连接在其上的螺母61、第二传动轮62以及阻尼轴2等部件形成系统的刚度可变。需要说明的，这里电磁铁71的磁极方向，优选与其对应的永磁体72的磁极方向相同。但并不限必须相同，一些应用场景中，电磁铁71也可以通过改变电流方向，使得其磁极方向与永磁体72的磁极方向相反，其能够削弱、抵消第一磁体7的磁场，甚至使整个第一磁体7的磁场反向。可以理解的，一些实施例中，第一磁体7可以仅包括电磁铁71。另一些实施例中，第一磁体7可以仅包括永磁体72。

优选的，所述磁力弹性单元3包括多个所述第一磁体7，多个所述第一磁体7围绕所述第一轴线A1周向均匀分布。相适配的，阻尼轴2包括多个第二磁体8，多个第二磁体8围绕所述第一轴线A1周向均匀分布。优选的，第二磁体8与第一磁体7对应设置，这里的对应设置指第二磁体8与第一磁体7的数量相等或两者之间的数量成整数倍(第二磁体8的数量为第一磁体7的数量的整数倍，或者，第一磁体7的数量为第二磁体8的数量的整数倍)，以使得磁力弹性单元3与阻尼轴2在周向上能够形成平衡。多个第一磁体7与第二磁体8的设置，一方面使得阻尼轴2在电机51驱动下转动时，能够较为平顺，另一方面可通过对多个第一磁体7中的一部分的电磁铁71通电来调节磁场强度。特别的，多个第一磁体7的结构可以是相同的，也可以不同。例如部分的第一磁体7可以同时包括电磁铁71和永磁体72，而另一部分的第一磁体7可以仅包括永磁体72。

请继续参考图1和图2，可选的，在一个实施例中，所述肢体康复装置还包括第一传感器81和控制单元(未图示)，所述驱动单元5用于驱动所述肢体接触端1围绕所述第二轴线A2转动，所述第一传感器81用于监测所述驱动单元5的驱动量并传输至所述控制单元；所述控制单元基于所述驱动量调节所述磁力弹性单元3对所述阻尼轴2沿所述第一轴线A1的轴向阻力。可选的，在另一个实施例中，所述变刚度磁力弹性驱动器包括第一传感器81和控制单元，所述驱动单元5用于驱动所述阻尼轴2沿所述第一轴线A1移动，所述第一传感器81用于监测所述驱动单元5的驱动量并传输至所述控制单元；所述控制单元基于所述驱动量调节所述磁力弹性单元3对所述阻尼轴2沿所述第一轴线A1的轴向阻力。

在一个可替代的示范例中，驱动单元5包括电机51，其转动依次通过传动带53、螺母61、驱动轴4、连接件93传递到肢体接触端1，驱动肢体接触端1围绕第二轴线A2转动。第一传感器81为角位移传感器，其通过联轴器与电机51的输出轴连接，能够反馈电机51的转动角度，此时电机51的转动角度即被配置为驱动量，传输至控制单元。另一个实施例中，在变刚度磁力弹性驱动器中，驱动单元5包括电机51，电机51通过运动转换单元6驱动阻尼轴2沿第一轴线A1移动。

由于患者的个体差异和不同阶段训练的不同需求，肢体接触端1的承载力也是不同的。此时通过控制单元可以对阻尼轴2沿第一轴线A1的轴向阻力，来调整刚度(即调节弹性或阻尼)。在一个示范例中，患者在训练前，医生要将训练时需要的肢体接触端1的摆动角度和摆动速度先示教一遍，即，由医生握持肢体接触端1，按照所需的角度和速度上下摆动肢体接触端1。此时电机51的转动角度和肢体接触端1摆动的角度遵循特定的数学关系，角位移传感器将示教的转动角度传递给控制单元，进而控制单元再将电磁铁71的电流控制信号发送至磁力弹性单元3，控制电磁铁71的线圈的通电数量和电流强度，使得整个肢体康复装置具有不同的刚度。如此配置，使得肢体康复装置能够针对不同患者时，都有足够的对抗阻力，并且在运行过程中摆臂的动作都是顺畅而没有卡顿的。

进一步的，所述肢体康复装置还包括第二传感器82，所述第二传感器82用于监测所述阻尼轴2沿所述第一轴线A1的位移量并传输至所述控制单元，所述控制单元还基于所述位移量调节所述驱动单元5的驱动输出。在一个可替代的示范例中，第二传感器82为直线位移传感器，其可以安装在基板50上，用于检测阻尼轴2沿第一轴线A1的位移量。电机51除了在被动运动训练的场景下提供驱动力，其也可以在主动运动训练的场景下提供对抗力。具体的，直线位移传感器将阻尼轴2的位移量信号传递给控制单元，控制单元根据阻尼轴2的位移距离控制电机51的转动，从而使得肢体接触端1可以保持恒定的对抗力来对抗患者的手部运动。可理解的，在另一个实施例中，所述变刚度磁力弹性驱动器也可以包括第二传感器82。所述第二传感器82同样用于监测所述阻尼轴2沿所述第一轴线A1的位移量并传输至所述控制单元，所述控制单元还基于所述位移量调节所述驱动单元5的驱动输出。第二传感器82在变刚度磁力弹性驱动器实现的效果与第二传感器82在肢体康复装置中的效果相似，这里不再重复。

可以理解的，因为肢体接触端1上下摆动的角度和阻尼轴2的位移量以及磁力弹性单元3的磁场强度三者之间具有一定的关系，改变磁力弹性单元3的磁场强度也可以改变对患者的对抗力，从而达到在训练过程中改变对抗力的效果。优选的，可以通过磁力弹性单元3和电机51共同提供对抗力，对于力量较大的患者，可以弥补电机51功率的不足。因此可以选择功率较小、体积较小的电机51，有利于减小整个肢体康复装置的体积。

综上所述，本发明提供的肢体康复装置和变刚度磁力弹性驱动器中，所述肢体康复装置包括：肢体接触端、阻尼轴以及磁力弹性单元；所述阻尼轴具有第一轴线，所述肢体接触端围绕第二轴线可转动地设置；所述肢体接触端围绕所述第二轴线的转动与所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向移动相互转换；所述阻尼轴沿所述第一轴线可移动地穿设于所述磁力弹性单元，所述磁力弹性单元被配置为通过磁力调节所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。如此配置，通过磁力弹性单元的设置，可通过磁力调节所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力，实现变刚度柔性控制，方便安装的同时结构更为紧凑。

需要说明的，上述若干实施例之间可相互组合。上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (17)

1.一种肢体康复装置，其特征在于，包括：肢体接触端、阻尼轴以及磁力弹性单元；

所述阻尼轴具有第一轴线，所述肢体接触端围绕第二轴线可转动地设置；所述肢体接触端围绕所述第二轴线的转动与所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向移动相互转换；

所述阻尼轴沿所述第一轴线可移动地穿设于所述磁力弹性单元，所述磁力弹性单元被配置为通过磁力调节所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。

2.根据权利要求1所述的肢体康复装置，其特征在于，还包括：驱动单元、运动转换单元以及驱动轴；

所述驱动轴具有第三轴线，所述肢体接触端围绕所述第二轴线可转动地与所述驱动轴连接，并且所述肢体接触端围绕所述第二轴线的转动与所述驱动轴沿所述第三轴线的轴向移动相互转换；

所述驱动单元用于驱动所述运动转换单元运动，所述运动转换单元分别与所述驱动轴和所述阻尼轴连接，所述运动转换单元的运动转换为所述驱动轴沿所述第三轴线的轴向移动以及所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向移动。

3.根据权利要求2所述的肢体康复装置，其特征在于，所述运动转换单元包括螺母，所述驱动轴与所述螺母螺纹连接，所述螺母与所述阻尼轴同轴固定连接，所述第三轴线与所述第一轴线重合。

4.根据权利要求1所述的肢体康复装置，其特征在于，所述磁力弹性单元包括围绕所述第一轴线周向设置的第一磁体，所述第一磁体的磁极方向沿所述阻尼轴的径向布置，所述阻尼轴用于被所述第一磁体所吸引或排斥。

5.根据权利要求4所述的肢体康复装置，其特征在于，所述第一磁体包括电磁铁和/或永磁体。

6.根据权利要求4所述的肢体康复装置，其特征在于，所述磁力弹性单元包括多个所述第一磁体，多个所述第一磁体围绕所述第一轴线周向均匀分布。

7.根据权利要求4所述的肢体康复装置，其特征在于，所述阻尼轴包括围绕所述第一轴线周向设置的铁磁性部件或第二磁体，所述第二磁体的磁极方向沿所述阻尼轴的径向布置，所述第二磁体与所述第一磁体对应设置。

8.根据权利要求7所述的肢体康复装置，其特征在于，所述第二磁体与所述第一磁体相对的磁极方向相反。

9.根据权利要求1所述的肢体康复装置，其特征在于，还包括驱动单元、第一传感器和控制单元，所述驱动单元用于驱动所述肢体接触端围绕所述第二轴线转动，所述第一传感器用于监测所述驱动单元的驱动量并传输至所述控制单元；所述控制单元基于所述驱动量调节所述磁力弹性单元对所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。

10.根据权利要求9所述的肢体康复装置，其特征在于，还包括第二传感器，所述第二传感器用于监测所述阻尼轴沿所述第一轴线的位移量并传输至所述控制单元，所述控制单元还基于所述位移量调节所述驱动单元的驱动输出。

11.一种变刚度磁力弹性驱动器，其特征在于，包括：阻尼轴以及磁力弹性单元，所述阻尼轴沿第一轴线可移动地穿设于所述磁力弹性单元，所述磁力弹性单元被配置为通过磁力调节所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。

12.根据权利要求11所述的变刚度磁力弹性驱动器，其特征在于，所述磁力弹性单元包括围绕所述第一轴线周向设置的第一磁体，所述第一磁体的磁极方向沿所述阻尼轴的径向布置，所述阻尼轴用于被所述第一磁体所吸引或排斥。

13.根据权利要求12所述的变刚度磁力弹性驱动器，其特征在于，所述磁力弹性单元包括多个所述第一磁体，多个所述第一磁体围绕所述第一轴线周向均匀分布，多个所述第一磁体包括电磁铁和/或永磁体。

14.根据权利要求13所述的变刚度磁力弹性驱动器，其特征在于，所述阻尼轴包括围绕所述第一轴线周向设置的铁磁性部件或第二磁体，所述第二磁体的磁极方向沿所述阻尼轴的径向布置，所述第二磁体与所述第一磁体对应设置。

15.根据权利要求14所述的变刚度磁力弹性驱动器，其特征在于，所述第二磁体与所述第一磁体相对的磁极方向相反。

16.根据权利要求11所述的变刚度磁力弹性驱动器，其特征在于，还包括驱动单元、第一传感器和控制单元，所述驱动单元用于驱动所述阻尼轴沿所述第一轴线移动，所述第一传感器用于监测所述驱动单元的驱动量并传输至所述控制单元；所述控制单元基于所述驱动量调节所述磁力弹性单元对所述阻尼轴沿所述第一轴线的轴向阻力。

17.根据权利要求16所述的变刚度磁力弹性驱动器，其特征在于，还包括第二传感器，所述第二传感器用于监测所述阻尼轴沿所述第一轴线的位移量并传输至所述控制单元，所述控制单元还基于所述位移量调节所述驱动单元的驱动输出。