[发明专利]一种具有肌力反馈功能的多模式肌力训练装置及方法

权利要求书

1.一种具有肌力反馈功能的多模式肌力训练装置，其特征在于，包括驱动模块和控制模块，其中所述驱动模块包括驱动器和驱动机构，所述控制模块包括控制器、扰动观测器、运动捕捉系统和骨骼肌力动力学逆模型，

所述驱动器用于根据期望驱动力矩τ_d来驱动驱动机构带动或对抗肢体运动；

所述控制器用于设置所述驱动器所需的期望驱动力矩τ_d；

所述扰动观测器用于测量所述驱动器状态信息，进而观测所述驱动器产生的关节力矩估计值同时，所述运动捕捉系统用于获取人体实时运动状态信息；

所述骨骼肌力动力学逆模型用于根据所述关节力矩估计值和所述人体运动状态信息计算获取人体实时肌力值大小。

2.根据权利要求1所述的一种具有肌力反馈功能的多模式肌力训练装置，其特征在于，所述驱动机构为铰链训练杆。

3.根据权利要求2所述的一种具有肌力反馈功能的多模式肌力训练装置，其特征在于，所述铰链训练杆为可变轴心位置的铰链训练杆。

4.一种具有肌力反馈功能的多模式肌力训练方法，应用权利要求1-3任一项所述的装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

S1在控制器中设置驱动器所需的期望驱动力矩τ_d，驱动器驱动驱动机构以带动或对抗受训肢体段运动；

S2所述扰动观测器测量驱动器状态信息，进而观测受训肢体段与驱动器间的关节力矩估计值

S3运动捕捉系统实时获取受训肢体段运动状态信息；

S4将所述关节力矩估计值和所述人体运动状态信息输入骨骼肌力动力学逆模型，以获取受训肢体段实时肌力值大小。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S3具体包括以下步骤：

S31根据人体总质量和人体各部位相对质量分布求取受训肢体段的质量；

S32通过运动捕捉系统获取受训肢体段运动学参数；

S33根据所述受训肢体段的质量和运动学参数获取受训肢体段运动状态信息。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S32中，所述受训肢体段运动学参数包括受训肢体段的长度、与水平面夹角、角加速度和质心加速度。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：

S41首先，设置骨骼肌力动力学逆模型的约束条件，其中，受训肢体段中参与运动的所有肌肉的肌肉力产生的合力矩等于关节力矩估计值参与运动的每块肌肉的肌肉力不超过其极限肌肉力；

S42在所述约束条件下，建立骨骼肌力动力学逆模型的优化函数，进而获得所述骨骼肌力动力学逆模型。