[发明专利]一种提供主动辅助和被动拉伸的患肢训练装置及其控制方法

权利要求书

1.一种提供主动辅助和被动拉伸的患肢运动训练装置，包括：

固定部，其用于固定所述患肢运动装置；

运动部，其用于固定患肢，且通过连接装置可转动地连接至所述固定部；

电机驱动部，其固定在所述固定部，由电流驱动，且当患肢对运动部施加力矩时，该电流产生变化；

传动装置，其连接所述电机驱动部和所述运动部，且当患肢对运动部施加力矩时，可带动传动装置和电机驱动部运动；以及

控制部，其通过控制总线与所述患肢训练装置连接，能控制所述电机驱动部通过所述传动装置驱动所述运动部转动，

其特征在于：

所述电机驱动部具有位置传感器，所述位置传感器能检测所述运动部的角位置变化从而检测患肢的角位置变化，并且所述控制器能根据所检测出的角位置变化控制所述电机驱动部对所述运动部施加所需力矩，

所述控制部能检测由于患肢对所述运动部施加力矩而产生的电机驱动部中的电流变化。

2.如权利要求1所述的患肢训练装置，其中，所述控制部能够在没有力或力矩传感器的情况下，控制电机驱动部对运动部施加仅克服装置的机械阻力的力矩，以便患肢进行自由运动。

3.如权利要求1所述的患肢训练装置，其中，所述控制电机能够在没有力或力矩传感器的情况下，对运动部施加与患肢运动方向相同的辅助力矩或者施加与患肢运动方向相反的阻力矩，以便患肢进行辅助训练或阻力训练。

4.如权利要求1所述的患肢训练装置，其中，所述控制部能够在没有力或力矩传感器的情况下，根据所检测的由于患肢对所述运动部施加力矩而产生的电流变化，调节电机的转动速度，从而改变所述运动部的转动速度和拉伸范围，进而调节拉伸痉挛患肢的速度和强度。

5.如权利要求4所述的患肢训练装置，其中，所述检测出的电流变化通过低通滤波以得到平滑的值，所述控制部产生的速度指令与所述滤波后的电流值成反比例关系，当所述滤波后的电流值增加时，所述控制部会控制电机降低转动速度，而且当患肢对所述运动部施加的力矩增加使得所述滤波后的电流值增加到预设值时，所述控制部会控制电机转动速度降低为零，以便所述患肢训练装置不再进一步增加拉伸力矩。

6.如权利要求1所述的患肢训练装置，其中所述控制部包括一个或多个以下模块：

1)系统固有阻力的补偿模块，其包括检测微弱位置信号变化执行单元和系统固有阻力的补偿量控制单元，所述检测微弱位置信号变化执行单元检测患肢的主动运动带动患肢训练装置的运动部同步运动而产生的微小角位置变化，所述系统固有阻力的补偿量控制单元根据所述微小角位置变化计算出仅克服所述患肢训练装置的机械阻力的补偿量，并控制电机驱动部对运动部施加所述补偿量，以便患肢进行自由运动；

2)辅助和阻力的调节模块，其包括检测微弱位置信号变化执行单元和辅助和阻力运算单元，所述检测微弱位置信号变化执行单元读取所述位置传感器所检测的运动部的角位置变化，所述辅助和阻力控制单元根据所述角位置变化量计算出所需的与患肢运动方向相同的辅助力或或与患肢运动方向相反的阻力的大小，并控制电机对运动部施加所述辅助力或所述阻力，以便患肢进行辅助训练或阻力训练；

3)拉伸速度的调节模块，其包括电流信号变化检测单元、电流的滤波单元和拉伸速度调节的运算单元，所电流信号变化述检测单元检测由于患肢对所述运动部施加力矩而产生的电机驱动部中的电流变化，所述电流的滤波单元将该检测到的电流变化通过低通滤波以得到平滑的数值，所述拉伸速度调节单元根据所检测出的电流变化估计因患肢的被动拉伸而产生的阻力变化，并根据所检测出的电流变化调节所述运动部的转动速度和范围，以便调节患肢的转动速度和范围用于拉伸患肢肌肉。

7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的患肢训练装置，其中所述运动部在所述传动装置和所述电机驱动部的驱动下，能产生大于等于15Nm的转动力矩。

8.如权利要求1-6中任一权利要求所述的患肢训练装置，其中所述位置传感器的精度为大于等于500脉冲/周。

9.如权利要求1-6中的任一权利要求所述的患肢训练装置，其中，所述患肢训练装置是可穿戴的，所述固定部包括固定板和第一固定器，所述第一固定器固定在固定板上，用于将所述患肢训练装置固定在人体部位上。