[發(fā)明專利]康健運(yùn)動訓(xùn)練器的主被動實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310094805.2
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103142383A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勇
• 申請（專利權(quán)）人: 蕪湖天人智能機(jī)械有限公司
• 主分類號: A61H1/00
• 分類號: A61H1/00;A63B21/005;A63B23/035
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生;胡東升

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及康健運(yùn)動訓(xùn)練器的主被動實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)外康復(fù)訓(xùn)練器械，大多采用被動訓(xùn)練方式，較少采用主動訓(xùn)練方式；健身器械，大多采用主動訓(xùn)練方式，較少采用被動訓(xùn)練方式，且在健身器械中的主動訓(xùn)練基本是采用摩擦阻力式、負(fù)重阻力式、液壓阻力式、空氣阻力式和磁控阻力式，這些方式均無法用于被動訓(xùn)練方式中，且調(diào)節(jié)不方便。在康復(fù)或健身器械中同時(shí)結(jié)合主被動方式的較少，目前既能用于主動訓(xùn)練又能用于被動訓(xùn)練的實(shí)現(xiàn)方法是采用機(jī)器人控制技術(shù)，通過力傳感器和驅(qū)動電機(jī)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)阻抗控制，達(dá)到被動和主動相結(jié)合的輔助訓(xùn)練目的，該實(shí)現(xiàn)方法較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)也較困難。同時(shí)，現(xiàn)有的控制方式缺乏友好的人機(jī)交互，很難達(dá)到理想的訓(xùn)練效果。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有康復(fù)、健身訓(xùn)練控制中存在的問題和不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)主被動多種訓(xùn)練模式的實(shí)現(xiàn)方法，提高訓(xùn)練者參與訓(xùn)練的主動性，健身者或患者可以根據(jù)自身的身體狀況和體能自主調(diào)整訓(xùn)練的模式、速度和強(qiáng)度，適合不同康復(fù)階段、不同心理狀況的康健訓(xùn)練，同時(shí)提供無線智能終端的觸摸屏實(shí)時(shí)顯示和記錄訓(xùn)練的運(yùn)動參數(shù)，人機(jī)交互友好。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

康健運(yùn)動訓(xùn)練器的主被動實(shí)現(xiàn)方法：

訓(xùn)練者在被動訓(xùn)練時(shí)采用控制電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)處于位置模式或速度模式，通過訓(xùn)練裝置帶動上、下肢體運(yùn)動，完成被動訓(xùn)練；

在主動訓(xùn)練時(shí)訓(xùn)練者上、下肢體發(fā)力，電機(jī)設(shè)置為轉(zhuǎn)矩模式，通過訓(xùn)練裝置帶動電機(jī)轉(zhuǎn)動；

訓(xùn)練者在輔助訓(xùn)練時(shí)，電機(jī)的工作模式是轉(zhuǎn)矩模式與位置模式或速度模式在不同時(shí)間段上的組合，健身者或患者根據(jù)自身的身體狀況和體能，在不同健身或康復(fù)階段使用不同的訓(xùn)練方式，通過控制電機(jī)在位置模式或速度模式與轉(zhuǎn)矩模式之間的實(shí)時(shí)切換，實(shí)現(xiàn)主、被動訓(xùn)練。

被動訓(xùn)練中，根據(jù)訓(xùn)練速度要求和位置傳感器檢測到的訓(xùn)練裝置與訓(xùn)練者手部或腳部接觸處的位置和速度，來控制電機(jī)的速度；或根據(jù)訓(xùn)練速度要求簡單地規(guī)定電機(jī)的速度。

主動訓(xùn)練中，根據(jù)訓(xùn)練強(qiáng)度要求和位置傳感器檢測到的訓(xùn)練裝置與訓(xùn)練者手部或腳部接觸處的位置和速度，來調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小；或根據(jù)訓(xùn)練強(qiáng)度要求簡單地給電機(jī)設(shè)定固定的轉(zhuǎn)矩值。

輔助訓(xùn)練中，在人力能夠帶動訓(xùn)練裝置時(shí)，電機(jī)采用轉(zhuǎn)矩模式；在人力無法帶動訓(xùn)練裝置時(shí)，電機(jī)采用轉(zhuǎn)矩模式，或者采用位置模式或速度模式。

所述電機(jī)的位置模式或速度模式轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩模式的方法，或電機(jī)的轉(zhuǎn)矩模式轉(zhuǎn)換為位置模式或速度模式的方法，是通過控制單元控制不同的繼電器接通設(shè)計(jì)好的外部電路來實(shí)現(xiàn)的。

主動訓(xùn)練中，通過控制單元的D/A輸出不同的電壓來驅(qū)動電機(jī)，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的大小，產(chǎn)生不同的抵抗阻力，實(shí)現(xiàn)不同強(qiáng)度的主動訓(xùn)練。

所述位置傳感器采用旋轉(zhuǎn)編碼器，所述旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機(jī)上或安裝在訓(xùn)練裝置上。

訓(xùn)練中，可以利用布置在人體關(guān)節(jié)上的角度傳感器測量上下肢關(guān)節(jié)的角度，進(jìn)一步調(diào)節(jié)電機(jī)的速度或轉(zhuǎn)矩，并將感測到的當(dāng)前關(guān)節(jié)角度顯示在無線智能終端的觸摸屏上，通過信息反饋的方式刺激患者大腦意識。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

（1）利用控制電機(jī)如伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)編碼器結(jié)合來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動器械的主動和被動訓(xùn)練；

（2）主動訓(xùn)練時(shí)的阻力提供方式由控制電機(jī)代替了傳統(tǒng)的摩擦阻力式、負(fù)重阻力式、液壓阻力式及空氣阻力，不但阻力矩連續(xù)可調(diào)，而且可以結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器隨著位置變化及時(shí)調(diào)整阻力矩的大小，從而具有阻力大小變化靈敏、阻力調(diào)節(jié)隨心所欲、阻力作用柔和、運(yùn)動舒適等優(yōu)點(diǎn)；

（3）被動訓(xùn)練時(shí)，控制電機(jī)速度連續(xù)可調(diào)，而且可以隨著位置變化及時(shí)調(diào)整速度大小，使得上下肢體運(yùn)動柔和、舒適；

（4）在輔助訓(xùn)練時(shí)，當(dāng)人的力量足夠大時(shí)，電機(jī)采用力矩模式產(chǎn)生阻力，并根據(jù)位置調(diào)節(jié)力矩大小，保證阻力適當(dāng)；當(dāng)人的力量不夠時(shí)，電機(jī)采用位置或速度模式，同時(shí)根據(jù)位置調(diào)節(jié)速度大小，保證助力合理；

（5）可以方便地隨時(shí)控制外部電路切換控制電機(jī)的工作模式，保證主動訓(xùn)練和被動訓(xùn)練能夠很好地結(jié)合、任意變換，滿足不同健身或康復(fù)階段的訓(xùn)練需要；

（6）利用控制電機(jī)和旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)阻力調(diào)節(jié)，不需要力傳感器，控制策略較現(xiàn)有的阻抗控制方法簡單，阻力調(diào)節(jié)方便、安全可靠。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的康健訓(xùn)練器總體原理圖。

圖2是本發(fā)明的康健訓(xùn)練器主、被動運(yùn)動控制方法1。

圖3是本發(fā)明的康健訓(xùn)練器主、被動運(yùn)動控制方法2。