[發(fā)明專(zhuān)利]一種上下肢訓(xùn)練裝置、系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010196613.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111407590B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王浩沖;史改革
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安臻泰智能科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): A61H1/02
• 分類(lèi)號(hào): A61H1/02;A63B22/06
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 閆家偉

1.一種上下肢訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于，包括上下肢訓(xùn)練裝置，所述上下肢訓(xùn)練裝置包括：底盤(pán)(10)；

下肢訓(xùn)練部件(20)，固定于所述底盤(pán)(10)上；

升降機(jī)構(gòu)(30)；

上肢訓(xùn)練部件(40)，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)(30)連接所述下肢訓(xùn)練部件(20)，以通過(guò)所述升降機(jī)構(gòu)(30)對(duì)所述上肢訓(xùn)練部件(40)進(jìn)行高度調(diào)整；

其中，所述下肢訓(xùn)練部件(20)包括：輪帶機(jī)構(gòu)(201)、腳踏機(jī)構(gòu)(202)、以及與所述升降機(jī)構(gòu)(30)固定連接的下肢固定結(jié)構(gòu)(203)；

所述輪帶機(jī)構(gòu)(201)固定在所述下肢固定結(jié)構(gòu)(203)上，其具有盤(pán)轂輪(204)，且所述腳踏機(jī)構(gòu)(202)與所述盤(pán)轂輪(204)鉸接，以使所述腳踏機(jī)構(gòu)(202)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)所述盤(pán)轂輪(204)轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述上肢訓(xùn)練部件(40)包括上肢訓(xùn)練握把(401)、扭動(dòng)機(jī)構(gòu)(402)、以及與所述升降機(jī)構(gòu)(30)連接的上肢固定結(jié)構(gòu)(403)；

所述上下肢訓(xùn)練裝置還包括：設(shè)置在底盤(pán)(10)上的電機(jī)(50)和控制器(60)；所述電機(jī)(50)電連接所述控制器(60)和所述輪帶機(jī)構(gòu)(201)，用于根據(jù)所述控制器(60)發(fā)送的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述輪帶機(jī)構(gòu)(201)轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述下肢訓(xùn)練部件(20)還包括設(shè)置在所述輪帶機(jī)構(gòu)(201)上的位置傳感器(207)，所述位置傳感器(207)電連接所述控制器(60)，用于檢測(cè)所述盤(pán)轂輪(204)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息，并將所述位置信息發(fā)送至所述控制器(60)；

所述上肢訓(xùn)練部件還包括設(shè)置在所述扭動(dòng)機(jī)構(gòu)(402)上的角度傳感器(405)，所述角度傳感器(405)電連接所述控制器(60)，用于檢測(cè)所述上肢訓(xùn)練握把(401)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度信息，并將所述角度信息發(fā)送至所述控制器(60)；

所述上肢固定結(jié)構(gòu)(403)一端具有腔體(404)，所述腔體(404)內(nèi)固定有所述扭動(dòng)機(jī)構(gòu)(402)，并且所述上肢訓(xùn)練握把(401)和所述扭動(dòng)機(jī)構(gòu)(402)彈性連接，以使所述上肢訓(xùn)練握把(401)能夠在預(yù)設(shè)扭動(dòng)方向上按照預(yù)設(shè)角度偏轉(zhuǎn)；

所述扭動(dòng)機(jī)構(gòu)(402)包括連接上肢訓(xùn)練握把(401)的上肢轉(zhuǎn)子(4021)，與該上肢轉(zhuǎn)子(4021)配合的上肢定子(4022)，以及設(shè)置于上肢轉(zhuǎn)子(4021)和上肢定子(4022)之間的拉力彈簧(4025)和軸承(4023)，其中，該拉力彈簧(4025)一端連接上肢轉(zhuǎn)子(4021)，另一端連接上肢定子(4022)，角度傳感器(405)設(shè)置在上肢轉(zhuǎn)子(4021)的一端，用于檢測(cè)該上肢轉(zhuǎn)子(4021)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)幅度；

所述下肢訓(xùn)練部件(20)還包括小腿固定機(jī)構(gòu)(205)，連接所述腳踏機(jī)構(gòu)(202)；

所述下肢訓(xùn)練部件(20)還包括腳部固定機(jī)構(gòu)(206)，連接所述腳踏機(jī)構(gòu)(202)；

所述上下肢訓(xùn)練裝置還包括連接至所述上下肢訓(xùn)練裝置的信息處理設(shè)備，以及連接至所述信息處理設(shè)備的顯示設(shè)備；

所述信息處理設(shè)備具體用于確定運(yùn)動(dòng)模式和訓(xùn)練任務(wù)，根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)模式確定對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并根據(jù)所述訓(xùn)練任務(wù)加載對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景；接收位置傳感器發(fā)送的位置信息和/或接收角度傳感器發(fā)送的角度信息；將所述位置信息和/或所述角度信息反饋至對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中；

所述顯示設(shè)備用于顯示所述運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，其中，所述運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景包括二維場(chǎng)景或三維場(chǎng)景以實(shí)現(xiàn)高交互性訓(xùn)練任務(wù)；

其中，所述運(yùn)動(dòng)模式包括等速運(yùn)動(dòng)模式、被動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式、助力運(yùn)動(dòng)模式或主動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式；所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括用戶(hù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)輔助力、運(yùn)動(dòng)阻力、運(yùn)動(dòng)限速中的至少一種；所述運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景包括針對(duì)訓(xùn)練任務(wù)為用戶(hù)設(shè)置的交互顯示界面；所述運(yùn)動(dòng)模式根據(jù)用戶(hù)在所述運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行調(diào)整；

所述信息處理設(shè)備還用于將所述運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中的場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)信息映射至所述上下肢訓(xùn)練裝置，以控制所述上下肢訓(xùn)練裝置根據(jù)所述場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)信息調(diào)整為對(duì)應(yīng)狀態(tài)；

所述助力運(yùn)動(dòng)模式下速度變化的調(diào)整方式為：

ω_t＝ω_t-1+k_mk_ωΔI_t-1

所述主動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式下速度變化的調(diào)整方式為：

ω_t＝ω_t-1+k_aΔI_t-1-k_mk_ω

其中，ω_t為電機(jī)在t時(shí)刻的角速度，ω_t-1為電機(jī)在t-1時(shí)刻的角速度；ΔI_t-1表示人體作用力電流值，為電機(jī)在時(shí)刻t-1時(shí)刻的電流數(shù)值I_t-1與電機(jī)不受外力的狀態(tài)下以角速度ω_t-1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)電流I_ωt-1的差值，即ΔI_t-1＝I_t-1-I_ωt-1、k_a為慣性系數(shù)以表征加速的難易程度、k_m為阻力系數(shù)/助力系數(shù)以表征環(huán)境任務(wù)參數(shù)、k_ω為助力角速度系數(shù)，k_ω大于等于0，其絕對(duì)值和ω_t-1的絕對(duì)值成負(fù)相關(guān)。