[發明專利]基于跑步機訓練下肢機器人康復的運動同步方法

有效

• 申請號: 201810310837.4
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108543268B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 王飛;張巖嶺;崔文;邵東升;高志陽;林玉屏;戴維;于振中;李文興
• 申請（專利權）人: 哈工大機器人（合肥）國際創新研究院
• 主分類號: A63B22/02
• 分類號: A63B22/02;A63B24/00
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發明公開了一種基于跑步機訓練下肢機器人康復的運動同步系統及方法，涉及機器人技術領域，基于跑步機康復訓練的下肢康復機器人的運動同步系統包括：懸吊裝置、下肢矯形器和跑步機，懸吊裝置與下肢矯形器連接，下肢矯形器與跑步機連接；基于跑步機訓練下肢機器人康復的運動同步方法包括：在周期內，使得下肢矯形器的運動速度與跑步機同步；并且，在某個瞬間內，使得下肢矯形器的運動速度與跑步機同步。本發明優點在于：能夠很好的保證患者在進行步態訓練時不發生跌倒，從而達到更好的康復效果，加快康復的進程。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，更具體涉及基于跑步機訓練下肢機器人康復的運動同步方法。

背景技術

外骨骼下肢康復機器人是根據人體下肢的結構及其運動機理而設計的一種下肢助力裝置，其在左右腿的髖關節與膝關節各安裝一個驅動電機，通過電機驅動使偏癱患者進行正常的步態訓練，以此達到幫助偏癱患者達到恢復行走的目的。為了充分模擬人的正常行走路況從而達到更好的康復效果，需要讓患者在運行的跑步機上進行步態訓練。

人的每條腿在步態訓練過程中分為支撐期和擺動期，每條腿只有在支撐期時才會與跑步帶接觸，因而要保證同步就必須保證在支撐期時外骨骼下肢矯形器的速度與跑步機傳送帶的速度保持一致，但由于下肢矯形器的每條腿末端在水平方向上的速度一直都在發生變化。

在利用下肢矯形器與跑步機進行步態康復訓練時，現有技術一般是直接根據跑步機的速度計算出一個步態周期的周期時間，然后根據周期時間再計算出髖關節與膝關節角位移的角頻率，從而達到跑步機與下肢矯形器運行的同步。這種方法雖然保持了周期上的同步，但不能保證周期內每個時刻的同步，特別是在下肢矯形器帶動患者腳尖離開跑步機的瞬間，若腳尖速度與跑步機速度不匹配，患者極容易發生絆倒摔傷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于腳尖離開跑步機傳送帶時的瞬間，跑步機與腳尖的速度不一致使得人的腳尖與跑步機傳送帶不能順利分從而發生絆倒現象。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的，具體技術方案如下：

基于跑步機訓練下肢機器人康復的運動同步系統，包括：懸吊裝置、下肢矯形器和跑步機，所述懸吊裝置與所述下肢矯形器連接，所述下肢矯形器與所述跑步機連接。

基于跑步機訓練下肢機器人康復的運動同步方法，包括：懸吊裝置、下肢矯形器和跑步機，所述懸吊裝置與所述下肢矯形器連接，所述下肢矯形器與所述跑步機連接；在周期內，使得下肢矯形器的運動速度與跑步機同步；并且，在某個瞬間內，使得下肢矯形器的運動速度與跑步機同步。

優選地，所述在周期內，使得下肢矯形器與跑步機同步，計算步驟如下：

S1：計算下肢矯形器與跑步機傳送帶同步時的周期

在進行步態訓練時，設置跑步機傳送帶的運行速度為V_TM，單位為Km/h，步態的步長為L_s，則能夠計算出整個步態運動的周期T_s為：

S2：根據步態運動的周期T_s，計算出下肢矯形器各個關節的角頻率ω_T，即：

S3：根據下肢矯形器各個關節的角頻率ω_T，計算出求髖關節與膝關節的角位移分別為：

式中，q_H(t)為髖關節角位移，q_k(t)為膝關節角位移，a₁₀,a_1n,a₂₀,a_2n,b_2n(n＝1,...,5)是傅里葉級數的系數，其中，傅里葉級數的系數為常數。