[发明专利]一种可实现上、下肢单关节等速训练的方法

说明书

本发明公开了一种可实现上、下肢单关节等速训练的方法，通过控制末端牵引机构中的曲柄的运动规律，只要其曲柄角位移按照特定方法中所得的规律进行变化，即可实现下肢髋关节单独的等速训练。同理，按照本发明方法也可实现下肢膝关节的等速训练。上、下肢的运动多以矢状面为主，运动状态近似，故研究成果可通用，且在矢状面内肢体运动左右对称，故只研究其中一侧肢体运动状态即可，当然，将训练机及其调整机构移动至桌面，也可进行上肢的肩、肘关节单独的等速训练。

技术领域：

本发明涉及一种可实现上、下肢单关节等速训练的方法，属于康复医疗和运动健身领域。

背景技术：

社会老龄化程度日益加深、脑卒中、脊髓损伤等原因导致肢体功能运动降低，甚至全部丧失，严重影响了生活质量。康复治疗是恢复运动功能的有效途径，等速技术是国际上一项较为先进的肌力功能评价和康复技术，对于使用者，能够在保障安全的前提下高效地恢复和改善肢体功能，但等速训练装置大多被国外技术封锁，且产品大多毕竟笨重、售价高昂，产品功能也都仅针对特定单关节等速训练，因此，研究一种简单可行的能实现上、下肢关节等速训练的方法具有深远的现实意义。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种简单可行的能实现上、下肢单关节等速训练的方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种可实现上、下肢单关节等速训练的方法，通过控制踏车式末端牵引机构的曲柄回转运动，来实现肢体关节的等速运动，按如下步骤进行。

步骤一：建立人体与踏车式末端牵引机构运动模型

将人体下肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系1，设：大腿为l₁；小腿为l₂；曲柄为l₃，与水平面夹角为θ₃，转速为ω₃；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心低于人体髋关节水平面，距人体髋关节水平距离s，竖直距离h；大腿和小腿之间的夹角即膝关节角度为θ_k，大腿与水平面夹角为θ_h，小腿与水平面夹角为θ₂；

将人体上肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系2，设：大臂长为l'₁；小臂长为l'₂；曲柄长为l'₃，与水平面夹角为θ'₃，转速为ω'₃；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心高于人体肩关节水平面，距人体肩关节水平距离s'，竖直距离h'；大臂和小臂之间的夹角即肘关节角度为θ_a，大臂与水平面夹角为θ_s，小臂与水平面夹角为θ'₂。

步骤二：建立运动方程并求解

在踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心与肢体之间的相对位移不变的情况下，

(1)依据笛卡尔直角坐标系1建立运动学方程：

l₁cosθ_h+s＝l₂cosθ₂+l₃cosθ₃

l₁sinθ_h+h＝l₃sinθ₃+l₂sinθ₂

若对髋关节进行等速训练，则：θ_h角度因进行等速训练，数值已知，由此可解得θ₃的表达式：