[发明专利]一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法

摘要

本发明公开了一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法，提出了一种可实现上、下肢双关节进行等速训练方法。通过具有能够整周回转的曲柄结构的末端牵引装置如踏车式训练机，牵引肢体末端，进而实现肢体关节的等速运动。该方法为根据关节活动规律，通过控制末端牵引机构的曲柄转角的变化运动以及曲柄回转中心与肢体关节如肩关节或髋关节的相对位移的变化，来控制肢体关节的运动，即实现肢体双关节的等速运动。

主权项

1.一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法，通过控制踏车式末端牵引机构的曲柄转角的变化运动以及曲柄回转中心与肢体关节如肩关节或髋关节的相对水平位移的变化，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1.1，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1.2，设：大臂长为l1；小臂长为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，低于肩关节水平面；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(1)根据笛卡尔直角坐标系1.1建立运动矢量方程：l1cosθh+s＝l2cosθ2+l3cosθ3l1sinθh+h＝l3sinθ3+l2sinθ2其中：θ2＝θh‑θk在对下肢膝关节以及髋关节进行等速训练时，可解得θ3、s的表达式：s＝l2cosθ2+l3cosθ3‑l1cosθh由此可得，只要踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心和肢体髋关节的相对水平位移s以及曲柄的转角按照该规律变化，即可实现下肢髋关节以及膝关节同时的等速训练；(2)根据笛卡尔直角坐标系1.2建立运动矢量方程：l1cosθs+s＝l2cosθ2+l3cosθ3l1sinθs‑h＝l2sinθ2+l3sinθ3其中：θ2＝θs+θa若对上肢肩关节和肘关节进行等速训练，可解得θ3、s的表达式：s＝l2cosθ2+l3cosθ3‑l1cosθs由此可得，只要踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心和肢体肩关节的相对水平位移s以及曲柄转角按照该规律变化，即可实现上肢肩关节和肘关节同时的等速训练。