[发明专利]一种可实现上、下肢单关节等速训练的方法

摘要

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。

主权项

1.一种可实现上、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，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θk，大腿与水平面夹角为θh，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：大臂为l1；小臂为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θa，大臂与水平面夹角为θs，小臂与水平面夹角为θ2。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：l1cosθh+s＝l2cosθ2+l3cosθ3l1sinθh+h＝l3sinθ3+l2sinθ2若对髋关节进行等速训练，则：θh角度因进行等速训练，数值已知，由此可解得θ3的表达式：其中：θ2＝θh‑θkA＝l1cosθh+sB＝l1sinθh+h若对膝关节进行等速训练，则：θk角度因进行等速训练，数值已知，由此可解得θ3的表达式：其中：θ2＝θh‑θkC＝l1‑l2cosθkD＝l2sinθk由此可得，曲柄的运动角度和下肢髋、膝关节的运动角度关系，在踏车式末端牵引机构的基础上，只要其曲柄角位移按照此种方法中所得的规律进行变化，即可实现下肢髋关节以及下肢膝关节单独的等速训练。(2)依据笛卡尔直角坐标系2建立运动学方程：l1cosθs+s＝l2cosθ2+l3cosθ3l1sinθs‑h＝l2sinθ2+l3sinθ3θ2＝θs+θa若对肩关节进行等速训练，则：θs角度因进行等速训练，数值已知，由此可解得θ3的表达式：其中：A＝l1cosθs+sB＝l1sinθs‑h若对肘关节进行等速训练，则：θa角度因进行等速训练，数值已知，由此可解得θ3的表达式：其中：C＝l1‑l2cosθaD＝l2sinθa由此可得，曲柄的运动角度和上肢肩、肘关节的运动角度关系，在踏车式末端牵引机构的基础上，只要其曲柄角位移按照此种方法中所得的规律进行变化，即可实现上肢肩关节以及上肢肘关节单独的等速训练。