[发明专利]一种可实现上、下肢双关节等速训练方法

权利要求书

1.一种可实现上、下肢双关节等速训练方法，通过控制踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心与肢体关节：肩关节或髋关节的相对位移的变化运动，来实现肢体双关节的等速运动，其特征在于：

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：大腿长为l₁；小腿长为l₂；曲柄长为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

在曲柄转速不变的情况下：

(1)根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

其中：θ₃＝ω₃t，θ₂＝θ_h-θ_k，θ_h、θ_k角度因进行等速训练，数值已知，由此可解得s、h的表达式：

s＝l₂cos(θ_h-θ_k)+l₃cosθ₃-l₁cosθ_h

h＝l₂sin(θ_h-θ_k)+l₃sinθ₃-l₁sinθ_h

由此可得，只要踏车式末端牵引机构和下肢髋关节的水平距离s以及竖直距离h按照该规律变化，即可实现膝、髋关节同时的等速训练；

(2)依据笛卡尔直角坐标系2建立运动学方程：

l'₁cosθ_s+s'＝l'₂cosθ'₂+l'₃cosθ'₃

l'₁sinθ_s-h'＝l'₂sinθ'₂+l'₃sinθ'₃

其中：θ'₂＝θ_s+θ_a，θ'₃＝ω'₃t，θ_s、θ_a角度因进行等速训练，数值已知，由此可解得s'、h'的表达式：

s'＝l'₂cosθ'₂+l'₃cosθ'₃-l'₁cosθ_s

h'＝l'₁sinθ_s-l'₂sinθ'₂-l'₃sinθ'₃

由此可得，只要踏车式末端牵引机构和上肢肩关节的水平距离s'以及竖直距离h'按照该规律变化，即可实现肩、肘关节同时的等速训练。