[发明专利]一种机械臂力场控制方法及系统

说明书

本发明提供一种机械臂力场控制方法和系统，方法包括：根据机械臂末端的空间坐标、训练动作对应参数确定所述空间坐标处机械臂应施加的力矢量信息；向机械臂发出包含力矢量信息的控制指令。机械臂力场控制系统包括力场控制模块、运动控制模块和机械臂，其中，力场控制模块，用于根据机械臂末端的空间坐标、训练动作对应参数确定所述空间坐标处机械臂应施加的力矢量信息，并将所述力矢量信息发送给运动控制模块；运动控制模块，用于根据力矢量信息确定给定空间坐标处机械臂应施加的总和力的大小和方向，向机械臂发出包含所述总和力的大小和方向的控制指令；机械臂，用于根据所述控制指令施力。本发明的方案在一台设备上同时实现自由重量器械、固定器械、半固定器械的功能，可以快速切换动作类型，灵活设置运动强度，根据使用者身体情况快速改变轨迹参数，同时保证使用者力竭后的安全性。

技术领域

本发明涉及训练器械的技术领域，特别是指一种机械臂力场控制方法及系统。

背景技术

力量训练又称阻力训练(Resistance training)，是一种体能锻炼，通过诱导肌肉收缩对抗外界阻力，从而增强力量、无氧耐力和骨骼肌的大小。力量训练通常采用各种特定的动作和设备来针对特定的肌肉群。常用的力量训练设备包括：自由重量器械、固定器械、半固定器械/绳索类器械。

自由重量器械是指杠铃、哑铃、壶铃等非固定式的训练器械。使用者通过克服器械本身的重力来达到力量训练的目的。由于涉及到的肌群多，自由重量训练被认为是一种非常高效的训练，但是其动作相对不容易手上。特别是深蹲、硬拉、卧推等经典自由重量训练项目，对于初学者，在没有指导的情况下甚至无法完成一个标准动作。因此，自由重量器械存在安全风险高的问题，一方面训练动作容易变形，轻则导致不当的肌肉代偿，重则造成运动伤害，另一方面，在进行大重量训练时往往需要教练或健身伙伴进行协助或保护，否则容易放生器械跌落等危险情况。

固定器械是指一些专门设计的训练器械。训练者可以坐/卧在器械之上，通过移动握把、脚踏或其它附件克服阻力进行锻炼。固定器械通过特别设计的连杆、滑轮或其他机械结构，控制使用者的运动轨迹，帮助使用者进行力量训练。固定器械通过限制使用者的身体位置以及运动的轨迹，使得锻炼过程变得简单。同时，固定器械带有机械限位，即使使用者中途力竭，器械也能保障使用者的安全。但是固定器械的缺点也很明显：首先是不利于提高使用者身体的稳定功能和协调性。固定器械由于运动轨迹被固定，动作中不需要依赖使用者自身的稳定能力，再加上固定器械常常是坐姿或卧姿，这都无法提高身体的稳定功能和协调性。其次，为了实现对于轨迹的控制，往往需要借助较为复杂的机械结构，从而重量大、占地大，采购成本也较为昂贵。再次，单台固定器械往往只能用于一个到几个力量训练动作。如果想覆盖所有的肌群训练，则需要购置多台不同的设备，更增加了使用者的空间成本和金钱成本。此外，固定器械在设计时仅能按照一个假想的平均体型去设计其几何尺寸，调节能力非常有限，无法满足每个训练者对于轨迹的个性化的需求。

半固定器械/绳索类器械是指一类使用绳索和滑轮组的器械，其特点是器械产生的阻力通过绳索作用在使用者所握持的握把或腕带、腰带上，可以根据使用者的意图改变力的方向，但不限制运动轨迹、活动范围。常见的自由重量器械包括龙门架、绳索高位下拉机、绳索坐姿划船机等。这种设备介于自由重量器械与固定器械之间。相较于固定器械动作，半固定器械需要更多的肌群参与训练，单台设备可以完成的力量训练种类更多。半固定器械/绳索类器械使用安全性有所改善，但其体积通常非常庞大，价格昂贵，也未能克服自由重量器械使用门槛高，无法进行孤立肌肉训练的弊端。

由此可见，自由重量器械、固定器械、半固定器械/绳索类器械均有其适用的范围，也存在缺陷，彼此之间无法相互替代，力量训练者往往都会使用以上三类器械。现有训练设备都无法同时实现以上三类器械的功能，并克服以上器械的缺陷。

发明内容